噪聲免疫的自適應(yīng)補(bǔ)償太赫茲光梳光譜探測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種噪聲免疫的自適應(yīng)補(bǔ)償太赫茲光梳光譜探測(cè)方法，包括以下步驟：用反饋調(diào)節(jié)方法鎖定兩臺(tái)飛秒激光光源的重復(fù)頻率，得到兩個(gè)光梳；將兩光梳信號(hào)與兩連續(xù)光信號(hào)拍頻，并進(jìn)行一系列的信號(hào)處理，產(chǎn)生自適應(yīng)補(bǔ)償信號(hào)與信號(hào)采集的時(shí)鐘信號(hào)；同時(shí)，將一個(gè)光梳作為泵浦光產(chǎn)生太赫茲光梳，另一個(gè)光梳作為探測(cè)光，在半導(dǎo)體天線上得到反映太赫茲電場(chǎng)的電壓信號(hào)；用補(bǔ)償信號(hào)對(duì)上述電信號(hào)進(jìn)行載波包絡(luò)漂移補(bǔ)償，最后用時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行信號(hào)采集。該方法提高了太赫茲光梳光譜系統(tǒng)的魯棒性，可以在寬頻譜范圍達(dá)到高測(cè)量精度，并提高了取樣系統(tǒng)的信噪比。
【專利說明】
噪聲免疫的自適應(yīng)補(bǔ)償太赫茲光梳光譜探測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及光電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種噪聲免疫的自適應(yīng)補(bǔ)償太赫茲光梳光譜方 法，將激光脈沖轉(zhuǎn)換的電信號(hào)進(jìn)行混頻、差頻等處理，實(shí)現(xiàn)激光脈沖重復(fù)頻率抖動(dòng)和載波包 絡(luò)零頻抖動(dòng)的自動(dòng)補(bǔ)償，在極大地降低飛秒光梳控制精度甚至無需對(duì)飛秒光梳加以精密控 制的情形下，得到穩(wěn)定的太赫茲光譜取樣信號(hào)，從而獲得高精度太赫茲光梳光譜。
【背景技術(shù)】
[0002] 太赫茲波是頻率在0.1~ΙΟΤΗζ波段的電磁波，相對(duì)于紅外線、"X射線"等成像手 段，太赫茲波段由于具有更低的能量，不會(huì)對(duì)被測(cè)物造成破壞而被稱為"無損傷探測(cè)"波段。 此外，由于生物分子的振動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)大多在太赫茲波段，所以通過太赫茲的透射譜或反 射譜可以進(jìn)行物質(zhì)檢測(cè)。因此，太赫茲波在生物醫(yī)學(xué)成像、物質(zhì)成分檢測(cè)和鑒定方面具有重 要應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 目前常用的太赫茲光譜技術(shù)是太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)，其通過機(jī)械延遲線來控制栗 浦光與探測(cè)光間的延時(shí)從而實(shí)現(xiàn)太赫茲時(shí)域信息的掃描。雖然此種方法在一定程度上可以 在較長(zhǎng)的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)精確掃描，但是其光路設(shè)計(jì)與搭建復(fù)雜難控，且機(jī)械平臺(tái)延時(shí)的方法 使得掃描時(shí)間較長(zhǎng)，無法實(shí)現(xiàn)真正意義上的太赫茲光譜實(shí)時(shí)探測(cè)。
[0004] 太赫茲異步光學(xué)取樣系統(tǒng)是一種新興的太赫茲時(shí)域掃描系統(tǒng)。這種方法的實(shí)現(xiàn)是 通過兩個(gè)重復(fù)頻率精確鎖定且略有差別的光梳系統(tǒng)進(jìn)行拍頻，利用重復(fù)頻率自掃描取代機(jī) 械平移臺(tái)掃描，從而突破掃描精度與測(cè)量時(shí)間的制約限制，縮短了太赫茲光譜儀的光譜探 測(cè)時(shí)間。由于異步光學(xué)取樣對(duì)光梳的控制要求很高，需要系統(tǒng)可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的鎖定激光 脈沖的重復(fù)頻率與載波包絡(luò)相位抖動(dòng)，否則將會(huì)對(duì)系統(tǒng)的采樣精度造成嚴(yán)重的影響，甚至 無法獲得準(zhǔn)確的太赫茲光譜。而重復(fù)頻率與載波包絡(luò)相位漂移受環(huán)境影響較大，對(duì)他們的 鎖定環(huán)境要求苛刻，尤其是載波包絡(luò)相位鎖定對(duì)激光器的運(yùn)行條件要求苛刻，現(xiàn)有異步取 樣太赫茲光譜方法對(duì)光梳的精密控制要求很苛刻，急需發(fā)展新方法與新技術(shù)來提升儀器的 魯棒性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的是針對(duì)目前傳統(tǒng)機(jī)械掃描太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)所需時(shí)間長(zhǎng)，異步光學(xué) 取樣技術(shù)信噪比低、且對(duì)環(huán)境要求極高等存在的不足，而提出的一種噪聲免疫的自適應(yīng)補(bǔ) 償太赫茲光梳光譜方法。此方法首先利用反饋調(diào)節(jié)的方式分別鎖定兩個(gè)重復(fù)頻率相近的窄 線寬激光器的重復(fù)頻率，得到重復(fù)頻率略有差異的兩臺(tái)光梳;采用窄譜線連續(xù)激光分別與 兩臺(tái)光梳進(jìn)行外差拍頻，利用拍頻信號(hào)的頻率差來測(cè)量出光梳的重頻及載波包絡(luò)相位抖動(dòng) 的差別，作為補(bǔ)償信號(hào)。同時(shí)，兩臺(tái)光梳分別用以驅(qū)動(dòng)及探測(cè)太赫茲，產(chǎn)生的太赫茲光梳中 同樣包含光梳的重頻及載波包絡(luò)相位抖動(dòng)，將補(bǔ)償信號(hào)與探測(cè)的太赫茲信號(hào)拍頻，從而實(shí) 現(xiàn)實(shí)時(shí)自適應(yīng)補(bǔ)償，消除重頻及載波包絡(luò)相位抖動(dòng)的影響。這一過程無需對(duì)兩臺(tái)光梳進(jìn)行 苛刻且極其易被干擾的高精度控制，獲得高精度和高穩(wěn)定度的太赫茲光譜。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術(shù)方案是：
[0007] -種噪聲免疫的自適應(yīng)補(bǔ)償太赫茲光梳光譜探測(cè)方法，特點(diǎn)是該方法包括以下具 體步驟：
[0008] (1)分別對(duì)兩臺(tái)重復(fù)頻率略有差別的飛秒激光光源進(jìn)行重復(fù)頻率鎖定，得到重復(fù) 頻率鎖定的兩臺(tái)光梳A和B;所述重復(fù)頻率鎖定過程：
[0009] 從飛秒激光光源中分離出少量光，作用到光電二極管，得到電信號(hào);利用信號(hào)發(fā)生 器輸出重復(fù)頻率確定的定頻信號(hào)；將所述的電信號(hào)與定頻信號(hào)混頻，并將混頻信號(hào)輸入低 通濾波器，得到頻率較低的飛秒激光光源重復(fù)頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率的誤差信號(hào)即差頻信號(hào);利 用信號(hào)放大器放大此差頻信號(hào)，并將其作為補(bǔ)償信號(hào)對(duì)飛秒激光光源諧振腔端部固定的壓 電陶瓷PZT進(jìn)行調(diào)節(jié);補(bǔ)償信號(hào)驅(qū)動(dòng)PZT產(chǎn)生微小形變從而改變激光光源腔長(zhǎng)，使重復(fù)頻率 動(dòng)態(tài)跟隨信號(hào)源的定頻信號(hào)，進(jìn)而鎖定飛秒激光光源的重復(fù)頻率，得到重復(fù)頻率鎖定的兩 臺(tái)光梳A和B;
[0010] (2)采用分束器分別將兩臺(tái)光梳A和B分為能量高與能量低的兩束光；
[0011] (3)將兩臺(tái)光梳分束后，對(duì)能量低的兩束光進(jìn)行信號(hào)處理，以產(chǎn)生自適應(yīng)補(bǔ)償信 號(hào)，具體流程如下：
[0012] 將每束光再次通過分束器分成兩束光，分別與兩個(gè)連續(xù)激光器輸出的激光合束實(shí) 現(xiàn)拍頻，利用光電二極管ro探測(cè)此拍頻信號(hào);每個(gè)拍頻信號(hào)的抖動(dòng)由光梳輸出的激光脈沖 重復(fù)頻率抖動(dòng)、載波包絡(luò)相位抖動(dòng)以及連續(xù)光頻率漂移造成；定義連續(xù)光的頻率為f-和 f?2，且連續(xù)光1頻率大于光梳頻率，連續(xù)光2的頻率小于光梳頻率;frA和fc^A分別為光梳A的 重復(fù)頻率與載波包絡(luò)相位;f rB和f^pB分別為光梳B的重復(fù)頻率與載波包絡(luò)相位;光梳A、B分 別與連續(xù)光1拍頻，由于光梳A與B的重復(fù)頻率相近，所以均在頻率梳的第η個(gè)梳齒處進(jìn)行拍 頻，分別得到拍頻信號(hào)f awl-( nf rA+f cepA)與f cwl-( nf rB+f cepB );
[0013 ]同理，光梳A、B分別與連續(xù)光2拍頻，分別得到拍頻信號(hào)(mf r A+f cep A) -f cw2與(mfrB+ fcepB)_fcw2 ;
[0014] 通過光電二極管ro將四個(gè)拍頻光信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)；
[0015] 將兩臺(tái)光梳輸出的激光脈沖與同一連續(xù)光的拍頻信號(hào)進(jìn)行混頻即fcwl_(nfrA+ 1!^六)與;1^1-(11；1^+;1!^8)混頻，（111；1^+;^ ￡^)-;1^2與(111；1^+;^￡^)-;1^2混頻，使用低通濾波器提 取出差頻信號(hào)，得到與連續(xù)光頻率漂移無關(guān)而只與兩臺(tái)光梳重復(fù)頻率及載波包絡(luò)相位CEP 抖動(dòng)有關(guān)的差頻彳目號(hào)11(:1^_:1^) + (:^。(^_:^。_)和111(:1^_:1^) + (:^。(^_:^。(^)，將其中個(gè)彳目號(hào)作 為后續(xù)探測(cè)的補(bǔ)償信號(hào)并將這兩個(gè)差頻信號(hào)進(jìn)一步混頻，得到與兩臺(tái)光梳CEP抖動(dòng)無關(guān)而 只與重復(fù)頻率微小抖動(dòng)有關(guān)的信號(hào)k(f rA-frB)，將此信號(hào)作為時(shí)鐘信號(hào)；
[0016] (4)步驟(3)的同時(shí)將重復(fù)頻率鎖定的光梳A分束后能量高的部分作為栗浦光栗浦 產(chǎn)生太赫茲光梳A1;另一臺(tái)光梳B分束后能量高的部分作為探測(cè)光梳作用到探測(cè)用的半導(dǎo) 體天線;在半導(dǎo)體天線上得到反映太赫茲電場(chǎng)的微弱電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)包含兩臺(tái)光梳 的重復(fù)頻率抖動(dòng)及CEP抖動(dòng)；
[0017] (5)將步驟⑶中產(chǎn)生的補(bǔ)償信號(hào)111(^-。) + (11)/^。(^)與步驟(4)的微弱電壓信 號(hào)進(jìn)行混頻，提取差頻信號(hào)；
[0018] (6)用步驟(3)中得到的時(shí)鐘信號(hào)k(frA_frB)作為觸發(fā)信號(hào)采集步驟(5)產(chǎn)生的差 頻信號(hào)中只包含重復(fù)頻率抖動(dòng)影響的太赫茲電場(chǎng)信息;再通過頻譜變換，標(biāo)識(shí)探測(cè)光梳不 同頻譜經(jīng)樣品后的吸收與相位變化，就能獲得分辨率達(dá)到MHz量級(jí)的太赫茲光梳光譜探測(cè)。
[0019] 本發(fā)明利用自適應(yīng)補(bǔ)償方式取代激光脈沖的載波包絡(luò)相位鎖定技術(shù)，提出一種自 適應(yīng)補(bǔ)償太赫茲光梳光譜探測(cè)方法，增強(qiáng)異步光學(xué)取樣的抗干擾能力、提升儀器的魯棒性。 這種方法無需對(duì)光梳進(jìn)行精確控制，提高了太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性與穩(wěn)定性， 減低異步光學(xué)取樣技術(shù)對(duì)環(huán)境的要求；同時(shí)，通過自適應(yīng)補(bǔ)償不同頻段的光梳頻率尺的抖 動(dòng)，可以在更寬的頻譜范圍達(dá)到高精度測(cè)量。
[0020] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
[0021] (1)與傳統(tǒng)的太赫茲光譜采樣系統(tǒng)相比較，本發(fā)明簡(jiǎn)化光路設(shè)計(jì)，采用電學(xué)的方式 將對(duì)環(huán)境要求高的方法替換為對(duì)環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)的方法，提高了太赫茲雙光梳光譜系統(tǒng)的 魯棒性；
[0022] (2)通過自適應(yīng)補(bǔ)償不同頻段的飛秒光梳頻率尺的抖動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)在較寬的頻譜 范圍達(dá)到高測(cè)量精度。
[0023] (3)自適應(yīng)補(bǔ)償可以提高整個(gè)取樣系統(tǒng)的信噪比。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明流程圖；
[0025]圖2為本發(fā)明實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 參閱圖1，為本發(fā)明流程示意圖，圖中箭頭所示為信息傳輸方向。圖中所有符號(hào) 均表示混頻后采用低通濾波器提取差頻信號(hào)。具體流程：
[0027] 第一步:分別對(duì)兩臺(tái)重復(fù)頻率略有差別的飛秒激光光源進(jìn)行重復(fù)頻率鎖定。飛秒 光源諧振腔端部固定有壓電陶瓷PZT，可以通過控制PZT的驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)而微量調(diào)節(jié)激光器腔 長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)飛秒光源重復(fù)頻率的微小調(diào)節(jié)。其重復(fù)頻率精確鎖定過程如下:從光源中分離出少 量光，作用到光電二極管，得到電信號(hào)；利用信號(hào)源輸出重復(fù)頻率確定的電信號(hào)（定頻信 號(hào)）；將光電二極管得到的電信號(hào)與定頻信號(hào)混頻，并將混頻信號(hào)輸入低通濾波器，得到頻 率較低的差頻信號(hào)(激光器重復(fù)頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率的誤差信號(hào)）；利用信號(hào)放大器放大此差頻 信號(hào)，并將其作為補(bǔ)償信號(hào)對(duì)PZT進(jìn)行調(diào)節(jié);補(bǔ)償信號(hào)驅(qū)動(dòng)PZT產(chǎn)生微小形變從而改變激光 光源腔長(zhǎng)，使重復(fù)頻率動(dòng)態(tài)跟隨信號(hào)源的定頻信號(hào)，進(jìn)而高效鎖定飛秒激光光源的重復(fù)頻 率，產(chǎn)生重復(fù)頻率鎖定的光梳A和B。
[0028] 第二步:采用分束器分別將兩臺(tái)光梳A和B分為能量高與能量低的兩束光。
[0029]第三步:將兩臺(tái)光梳分束后能量低的部分進(jìn)行信號(hào)處理，以產(chǎn)生自適應(yīng)補(bǔ)償信號(hào)， 具體流程如下：
[0030]將每個(gè)光梳再次通過分束器分成兩束光，分別與兩個(gè)連續(xù)激光器輸出的激光合束 實(shí)現(xiàn)拍頻，利用光電二極管(？01，？02少03，？04)探測(cè)此拍頻信號(hào)。由于光梳的重復(fù)頻率鎖定 在mHz量級(jí)，因此還有微弱的重復(fù)頻率抖動(dòng)信號(hào)，所以每個(gè)拍頻信號(hào)的抖動(dòng)由光梳輸出的激 光脈沖重復(fù)頻率抖動(dòng)、載波包絡(luò)相位抖動(dòng)以及連續(xù)光頻率漂移造成。定義連續(xù)光的頻率為 f ，且連續(xù)光1頻率大于光梳頻率，連續(xù)光2的頻率小于光梳頻率;frA和f^ pA分別為光 梳A的重復(fù)頻率與載波包絡(luò)相位;和分別為光梳B的重復(fù)頻率與載波包絡(luò)相位;光梳 A、B分別與連續(xù)光1拍頻，由于光梳A與B的重復(fù)頻率相近，所以均在頻率梳的第η個(gè)梳齒處進(jìn) 行拍頻，分別得到拍頻信號(hào)f awl-( nf rA+f cepA)與f cwl-( nf rB+f cepB )。
[0031] 同理，光梳A、B分別與連續(xù)光2拍頻，可以分別得到拍頻信號(hào)(mf rA+f cepA) -f cw2與 (rnfrB+fcepB ) _fcw2 〇
[0032] 通過光電二極管ro將四個(gè)拍頻光信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)以便做后續(xù)的信號(hào)處理。
[0033] 將兩臺(tái)光梳輸出的激光脈沖與同一連續(xù)光的拍頻信號(hào)進(jìn)行混頻（即fcwl-(nfrA+ 1!^4)與；1^1-(11；^+；1!^8)混頻，（111；1^+；^ ￡^)-；1^2與(111；^+；1!^8)-；1^2混頻），使用低通濾波器 提取出差頻信號(hào)，可以得到與連續(xù)光頻率漂移無關(guān)而只與兩臺(tái)光梳重復(fù)頻率及載波包絡(luò)相 位(CEP )抖動(dòng)有關(guān)的差頻信號(hào)n ( frA-frB ) + ( fc^pA-fc^B )和m ( frA-frB ) + ( fc^pA-fc^B )，將其中一 個(gè)信號(hào)作為后續(xù)探測(cè)的補(bǔ)償信號(hào)。由于兩臺(tái)光梳分別與兩個(gè)連續(xù)光拍頻，因此得到上述兩 個(gè)差頻信號(hào)，將這兩個(gè)差頻信號(hào)進(jìn)一步混頻，可以得到與兩臺(tái)光梳CEP抖動(dòng)無關(guān)而只與重復(fù) 頻率微小抖動(dòng)有關(guān)的信號(hào)k(f rA-frB)，將此信號(hào)作為時(shí)鐘信號(hào)。
[0034] 第四步:第三步的同時(shí)將重復(fù)頻率鎖定的光梳A分束后能量高的部分作為栗浦光 栗浦產(chǎn)生太赫茲光梳A1;另一臺(tái)光梳B分束后能量高的部分作為探測(cè)光梳作用到探測(cè)用的 半導(dǎo)體天線。由于兩臺(tái)光梳重復(fù)頻率略有差值，因此太赫茲光梳與探測(cè)用光梳在探測(cè)用半 導(dǎo)體天線上相互作用，在半導(dǎo)體天線上得到反映太赫茲電場(chǎng)的微弱電壓信號(hào)，此電壓信號(hào) 包含兩臺(tái)光梳的重復(fù)頻率抖動(dòng)及CEP抖動(dòng)。
[0035] 第五步:將第三步中產(chǎn)生的補(bǔ)償信號(hào)m(frA-frB) + (fcepA-fcepB)與第四步的微弱電壓 信號(hào)進(jìn)行混頻，提取差頻信號(hào)，即可消除CEP抖動(dòng)對(duì)拍頻信號(hào)的影響，只包含重復(fù)頻率抖動(dòng) 的影響。
[0036]第六步：用第三步中得到的時(shí)鐘信號(hào)k(frA_frB)作為觸發(fā)信號(hào)采集第五步產(chǎn)生的 差頻信號(hào)中只包含重復(fù)頻率抖動(dòng)影響的太赫茲電場(chǎng)信息。再通過頻譜變換，標(biāo)識(shí)探測(cè)光梳 不同頻譜經(jīng)樣品后的吸收與相位變化，就能獲得高精度的頻譜分析結(jié)果。
[0037] 實(shí)施例
[0038]參閱圖2,為本發(fā)明具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖：包括:重復(fù)頻率精確鎖定的1030nm光 梳301;半導(dǎo)體天線302;待測(cè)樣品303;混頻器304;信號(hào)采集卡305。
[0039] 按圖2所示搭建光路與電路。1030nm光梳301-1和301-2重復(fù)頻率有微小差別，經(jīng)分 束后，能量低的光用以得到自適應(yīng)補(bǔ)償信號(hào)(見圖2自適應(yīng)補(bǔ)償信號(hào)產(chǎn)生）。分束后能量高的 光梳，經(jīng)半導(dǎo)體天線302激發(fā)產(chǎn)生太赫茲光梳，其中太赫茲光梳通過樣品303,與探測(cè)光梳進(jìn) 行拍頻。此拍頻信號(hào)中含有f cePA-f cePB，同時(shí)由于重復(fù)頻率鎖定在mHz量級(jí)，所以還有微弱的 重復(fù)頻率漂移彳目號(hào)，記為r(frA -frB)。因此太赫茲光梳的拍頻彳目號(hào)中含有r(frA-frB) + (f。epA-f。e3pB)的抖動(dòng)信號(hào)，將用自適應(yīng)補(bǔ)償信號(hào)產(chǎn)生過程中得到的補(bǔ)償信號(hào)m(f rA-frB)+(f。e3pA-fcepB)與太赫茲光梳的拍頻信號(hào)輸入混頻器304,得到消除載波包絡(luò)相位抖動(dòng)影響的電信 號(hào)，此信號(hào)中只包含微弱的重復(fù)頻率抖動(dòng)。時(shí)鐘信號(hào)k(f rA-frB)輸入采集卡305,作為觸發(fā)信 號(hào)，同時(shí)利用信號(hào)采集卡305采集混頻器304輸出的電信號(hào)，將結(jié)果經(jīng)過傅立葉變換等信號(hào) 處理，即可得到太赫茲頻譜信息，從而分析所測(cè)樣品的吸收峰。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種噪聲免疫的自適應(yīng)補(bǔ)償太赫茲光梳光譜探測(cè)方法，其特征在于該方法包括以下 具體步驟： (1) 分別對(duì)兩臺(tái)重復(fù)頻率略有差別的飛秒激光光源進(jìn)行重復(fù)頻率鎖定，得到重復(fù)頻率 鎖定的兩臺(tái)光梳A和B;所述重復(fù)頻率鎖定過程： 從飛秒激光光源中分離出少量光，作用到光電二極管，得到電信號(hào);利用信號(hào)發(fā)生器輸 出重復(fù)頻率確定的定頻信號(hào)；將所述的電信號(hào)與定頻信號(hào)混頻，并將混頻信號(hào)輸入低通濾 波器，得到頻率較低的飛秒激光光源重復(fù)頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率的誤差信號(hào)即差頻信號(hào)；利用信 號(hào)放大器放大此差頻信號(hào)，并將其作為補(bǔ)償信號(hào)對(duì)飛秒激光光源諧振腔端部固定的壓電陶 瓷PZT進(jìn)行調(diào)節(jié);補(bǔ)償信號(hào)驅(qū)動(dòng)PZT產(chǎn)生微小形變從而改變激光光源腔長(zhǎng)，使重復(fù)頻率動(dòng)態(tài) 跟隨信號(hào)源的定頻信號(hào)，進(jìn)而鎖定飛秒激光光源的重復(fù)頻率，得到重復(fù)頻率鎖定的兩臺(tái)光 梳A和B; (2) 采用分束器分別將兩臺(tái)光梳A和B分為能量高與能量低的兩束光； (3) 將兩臺(tái)光梳分束后，對(duì)能量低的兩束光進(jìn)行信號(hào)處理，以產(chǎn)生自適應(yīng)補(bǔ)償信號(hào)，具 體流程如下： 將每束光再次通過分束器分成兩束光，分別與兩個(gè)連續(xù)激光器輸出的激光合束實(shí)現(xiàn)拍 頻，利用光電二極管ro探測(cè)此拍頻信號(hào);每個(gè)拍頻信號(hào)的抖動(dòng)由光梳輸出的激光脈沖重復(fù) 頻率抖動(dòng)、載波包絡(luò)相位抖動(dòng)以及連續(xù)光頻率漂移造成;定義連續(xù)光的頻率為，且 連續(xù)光1頻率大于光梳頻率，連續(xù)光2的頻率小于光梳頻率;f rA和fc^A分別為光梳A的重復(fù)頻 率與載波包絡(luò)相位;和分別為光梳B的重復(fù)頻率與載波包絡(luò)相位;光梳A、B分別與連 續(xù)光1拍頻，由于光梳A與B的重復(fù)頻率相近，所以均在頻率梳的第η個(gè)梳齒處進(jìn)行拍頻，分別 得到拍頻信號(hào)f cwl-( nf rA+f cepA)與f cwl-( nf rB+f cepB ); 同理，光梳A、B分別與連續(xù)光2拍頻，分別得到拍頻信號(hào)(mfrA+feep/O-fc^與(mfrB+fc^B)- fcw2 ； 通過光電二極管PD將四個(gè)拍頻光信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)； 將兩臺(tái)光梳輸出的激光脈沖與同一連續(xù)光的拍頻信號(hào)進(jìn)行混頻即fc^-UfrA+fc^A)與 fcwl-(nfrB+fcepB)混頻，（mfrA+fcepA)-fcw2 與(mfrB+fcepB)-fcw2 混頻，使用低通濾波器提取出差 頻信號(hào)，得到與連續(xù)光頻率漂移無關(guān)而只與兩臺(tái)光梳重復(fù)頻率及載波包絡(luò)相位CEP抖動(dòng)有 關(guān)的差頻?目號(hào)n(f rA_f rB ) + ( f c;epA_f c*pB )和m ( f rA_f rB ) + ( f c;epA_f c;epB)，將其中個(gè)彳目號(hào)作為后續(xù) 探測(cè)的補(bǔ)償信號(hào);并將這兩個(gè)差頻信號(hào)進(jìn)一步混頻，得到與兩臺(tái)光梳CEP抖動(dòng)無關(guān)而只與重 復(fù)頻率微小抖動(dòng)有關(guān)的信號(hào)k(f rA-frB)，將此信號(hào)作為時(shí)鐘信號(hào)； (4) 步驟(3)的同時(shí)將重復(fù)頻率鎖定的光梳A分束后能量高的部分作為栗浦光栗浦產(chǎn)生 太赫茲光梳A1;另一臺(tái)光梳B分束后能量高的部分作為探測(cè)光梳作用到探測(cè)用的半導(dǎo)體天 線;在半導(dǎo)體天線上得到反映太赫茲電場(chǎng)的微弱電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)包含兩臺(tái)光梳的重 復(fù)頻率抖動(dòng)及CEP抖動(dòng)； (5) 將步驟⑶中產(chǎn)生的補(bǔ)償信號(hào)marA-frBMfc^A-fc^B)與步驟(4)的微弱電壓信號(hào)進(jìn) 行混頻，提取差頻信號(hào)，； (6) 用步驟(3)中得到的時(shí)鐘信號(hào)k(frA-frB)作為觸發(fā)信號(hào)采集步驟(5)產(chǎn)生的差頻信號(hào) 中只包含重復(fù)頻率抖動(dòng)影響的太赫茲電場(chǎng)信息;再通過頻譜變換，標(biāo)識(shí)探測(cè)光梳不同頻譜 經(jīng)樣品后的吸收與相位變化，就能獲得分辨率達(dá)到MHz量級(jí)的太赫茲光梳光譜探測(cè)。
【文檔編號(hào)】G01J3/28GK106017674SQ201610310840
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月11日
【發(fā)明人】曾和平, 段思邈, 李敏
【申請(qǐng)人】上海朗研光電科技有限公司