本發(fā)明涉及重頻可調(diào)光頻梳波長標定，更具體地涉及一種重頻可調(diào)光頻梳波長標定系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、常用的光譜定標方法主要有譜線燈定標法、單色準直光定標法等；利用譜線燈光譜定標會存在一些不確定的因素例如所給出波長的不確定度，定標燈的穩(wěn)定性，采用算法的不確定度等。

2、但是現(xiàn)有光學梳光譜定標技術(shù)光學梳重復頻率和偏移頻率未知；雙光梳光譜技術(shù)是基于光學頻率梳發(fā)展起來的一種先進光譜測量技術(shù)，但其需要兩個光頻梳同時存在于一個系統(tǒng)中；現(xiàn)有光學梳光譜定標技術(shù)存在環(huán)境噪聲影響。

3、因此需要一種重頻可調(diào)光頻梳波長標定系統(tǒng)，形成一種精確且穩(wěn)定波長定標方法，使可計算得到上述重頻可調(diào)光學梳波長定標系統(tǒng)中不同環(huán)境下的噪聲對光學梳輸出干涉譜圖的影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種重頻可調(diào)光頻梳波長標定系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中存在的問題。

2、本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種重頻可調(diào)光頻梳波長標定系統(tǒng)，包括光頻梳鎖定模塊、激光光譜形狀和光譜相位分析模塊、頻率分析模塊、光路分析模塊、光譜還原模塊、波長定標噪聲分析模塊、數(shù)據(jù)采集模塊以及人機交互模塊；

3、所述光頻梳鎖定模塊用于鎖定光頻梳的第一根梳齒位置，所述光頻梳的第一根梳齒即載波包絡(luò)相位偏移頻率fceo；

4、所述激光光譜形狀和光譜相位分析模塊用于獲取待測激光和參考激光的干涉光譜，并計算得出待測激光光譜形狀和光譜相位；

5、所述頻率分析模塊根據(jù)光譜相位和脈沖寬度，利用相位與頻率關(guān)系得到光頻梳的重復頻率與偏移頻率之間的關(guān)系；表達式為：；其中，fceo為偏移頻率，fr為光頻梳的重復頻率；為相鄰脈沖的載波包絡(luò)相位偏移；

6、所述光路分析模塊用于對光頻梳產(chǎn)生的兩條光路光束進行分析；

7、所述光譜還原模塊用于將兩條光路光束產(chǎn)生的干涉信號的基頻信號提取出來，并經(jīng)由數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并計算出下轉(zhuǎn)換系數(shù)；

8、所述波長定標噪聲分析模塊用于對光頻梳的環(huán)境噪聲進行分析計算；

9、所述數(shù)據(jù)采集模塊對標定后的數(shù)據(jù)進行采集；

10、所述人機交互模塊用于對數(shù)據(jù)進行人機交互顯示。

11、優(yōu)選的，所述光頻梳的第一根梳齒采用自參考方法探測并鎖定光頻梳的第一根梳齒；

12、所述自參考方法的具體方式為：

13、將入射光經(jīng)過分束片分為兩束光，其中一束作為待測光，另一束經(jīng)過特殊處理后作為參考光；所述參考光滿足兩個條件：一為參考光的光譜光滑，并且光譜寬度要比待測光的光譜寬；二為參考光的光譜相位為已知，或能由待測光的光譜相位演算出來；現(xiàn)有技術(shù)中，參考光的產(chǎn)生都是采用頻率簡并的三階非線性光學效應來獲得。

14、優(yōu)選的，所述待測激光和參考激光的干涉光譜的獲取方式為：

15、將待測光束和參考光束在空間上精確重合后入射到光譜儀以獲得干涉光譜；干涉光譜中干涉條紋強度頻率可用公式表達為：，其中，為脈沖的角頻率；，為待測光和參考光的光譜強度之和；為兩束光的光譜干涉項；τ為延遲時間；i為虛數(shù)單位。

16、優(yōu)選的，所述待測激光光譜形狀和光譜相位的計算包括以下步驟：

17、步驟s01：將測得的干涉信號通過從頻率域到時域進行傅里葉變換，得到時域信號和；

18、步驟s02：基于步驟s01中的時域信號利用適當?shù)拇昂瘮?shù)將和分別提取出來；所述窗函數(shù)可以為超高斯函數(shù)；所述窗函數(shù)的寬度為和之間間隔的一半；

19、步驟s03：基于步驟s02得到的和分別進行傅里葉逆變換得到的頻域的和；

20、步驟s04：基于步驟s03的和將待測激光光譜振幅和參考光譜振幅直接表示出來；

21、；

22、；

23、步驟s05：對進行解相運算得到待測激光初步相位：；其中，為待測脈沖的光譜相位；為參考脈沖的光譜相位，c是光譜相位常數(shù)，與波長有關(guān)，可直接計算得到；

24、步驟s06：通過已知的和，得到光譜時域的光譜強度和脈沖波形，其中，是由傅里葉變換得到；

25、步驟s07：對激光脈沖的波形和相位進行優(yōu)化；利用已得到的通過波形公式得到參考光束電場關(guān)于時間的波形；所述波形公式為：；通過的逆傅里葉變換得到參考脈沖在頻率上的光譜強度和光譜相位；

26、將修正后的參考脈沖光譜相位表達為，再利用待測脈沖修正后的光譜相位的傅里葉變換可以得到待測脈沖在時域修正后的脈沖形狀和寬度；

27、步驟s08：重復執(zhí)行步驟s01-步驟s07三次，得到光譜相位。

28、優(yōu)選的，所述光路分析模塊對光頻梳產(chǎn)生的兩條光路光束進行分析的具體方式為：

29、在頻域，光頻梳產(chǎn)生的兩條光路的某一個梳齒可以用公式表示為：；其中，fn1為其中一條光路的第n項，n為光學頻率梳的第n個頻率模式，為整數(shù)；，其中，fm2為另一條光路的第m項，m為光學頻率梳的第m個頻率模式，為整數(shù)；

30、當兩個頻率在光電探測器表面干涉使探測器得到的拍頻信號可表達為：

31、；其中，frf為?；

32、因此，兩條光路電場可以用公式表示為：

33、；

34、；

35、其中，c1(t)為光路1隨時間變化的電場信號?；c2(t)為光路2隨時間變化的電場信號；an為第n根梳齒的脈沖電場強度；bm為第m根梳齒的脈沖電場強度；為第n根梳齒的相位；為第m根梳齒的相位。

36、優(yōu)選的，所述下轉(zhuǎn)換系數(shù)的計算公式表示為：；其中，為下轉(zhuǎn)換的射頻梳的重復頻率；fr為光頻梳的重復頻率；

37、光頻梳光譜寬帶為，上轉(zhuǎn)換的射頻寬帶為，則關(guān)系表達式表示為：；第一條光束通過待測樣品后與第二條光束合束，兩個光束的外差干涉信號被光電探測器檢測并提取干涉信號的基頻信號，由數(shù)據(jù)采集卡將射頻電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，測量得到的時域干涉信號通過快速傅里葉變換算法計算出下轉(zhuǎn)換射頻頻率，公式表示為：；

38、下轉(zhuǎn)換的射頻梳以零頻為中心，以重復頻率差為間距向兩側(cè)展開，在進行光譜信息還原時，射頻梳的零頻位置對應連續(xù)激光器的中心頻率。

39、優(yōu)選的，所述波長定標噪聲分析模塊對光頻梳的環(huán)境噪聲進行分析計算的具體過程為：

40、步驟s11：帶噪聲的光頻梳公式表示為：；則光頻梳光譜測量時探測器得到的拍頻信號可用公式表示為：

41、；其中，fb1為兩束光第n根梳齒的拍頻信號；fb2為兩束光第m根梳齒的拍頻信號；δ為兩束光拍頻信號的鎖定誤差系數(shù)；

42、步驟s12：計算光頻梳的外環(huán)噪聲；使用兩束光頻梳的縱模fn和fm的拍頻信號來控制從光頻梳的fm，再將兩束光頻梳鎖定在一起，并且兩束光頻梳的載波包絡(luò)相位偏移頻率也被鎖定在原子鐘上，最后同時測量主光頻梳fp和從光頻梳fq的拍頻信號，就能測量光頻梳的外環(huán)噪聲；

43、所述光頻梳的縱模的梳齒第n階縱模頻率用公式表示為：；

44、所述光頻梳的m階縱模的頻率用公式表示為：；

45、其中，fb1為兩光頻梳的拍頻信號；εn為光頻梳在第n個梳齒的線寬；

46、步驟s13：計算從光頻梳的重復頻率，計算公式為：；其中，fr2為光頻梳的重復頻率，m為光頻梳的m階縱模；

47、則光頻梳的第q次縱模的頻率可用公式表示為：；

48、；

49、其中，代表外環(huán)噪聲。

50、本發(fā)明的技術(shù)效果和優(yōu)點：

51、（1）本發(fā)明通過利用光頻梳進行波長標定，利用光頻梳可輸出穩(wěn)定頻率的特性，形成一種精確且穩(wěn)定波長定標方法，光頻梳鎖定其中一根光頻梳的梳齒位置，所有梳齒的位置都被穩(wěn)定下來，一般選擇鎖定光頻梳的第一根梳齒，即載波包絡(luò)相位偏移頻率，但第一根梳齒無法被直接測量；本發(fā)明利用自參考測量方法測量飛秒脈沖，得到光學梳的重復頻率和偏移頻率。

52、（2）本發(fā)明通過利用特定波長的飛秒光纖激光器作為泵浦源，設(shè)計重頻可調(diào)光學梳波長定標方法標定光頻梳輸出光譜，輸出偏移頻率鎖定且重復頻率略有不同的兩束光，用于波長標定；利用重頻不同偏頻相同的光頻梳光束，其中一個光束通過樣品后與另一束合束后發(fā)生干涉，進行數(shù)據(jù)采集，得到輸出響應函數(shù)，并經(jīng)過傅里葉變換還原光譜。

53、（3）本發(fā)明分析環(huán)境噪聲對波長標定的影響，可計算得到重頻可調(diào)光學梳波長定標系統(tǒng)中不同環(huán)境下的噪聲對光學梳輸出干涉譜圖的影響。