光纤光学频率梳
超连续谱 光频率梳
超连续谱光频率梳超连续谱光频率梳是一种实验室中常见的光学设备，它是基于拉曼散射效应的原理制成的。
它的主要功能是为光学频谱测量提供一个高精度的频率标准，同时也可以用于频率合成和频率稳定等应用。
超连续谱光频率梳在光学研究领域有着广泛的应用，下面我们将对其原理、实现和应用进行详细的介绍。
超连续谱光频率梳的原理是基于光的非线性效应——拉曼散射效应。
当高功率光波与物质相互作用时，光波的能量会以一种特定的方式进行转换，其中一部分光波的频率经过拉曼散射后会发生红移或蓝移。
这种频率的改变在频谱上呈现为一系列离散的光子能级，形成了谱线。
这些谱线的间隔非常均匀，且频率差值为拉曼散射频移的倍数，所以被称为“频率梳”。
超连续谱光频率梳的实现需要使用一束高功率、高稳定性的激光器作为光源。
这种激光器通常采用飞秒激光器，其特点是脉冲宽度极短，可以达到飞秒或亚飞秒级别。
利用飞秒激光器的特性，可以在空间和频率上实现高度聚焦，从而实现拉曼散射效应。
实现超连续谱光频率梳的另一个关键技术是使用光纤。
光纤具有高折射率和微小的模式面积，可以有效地增加非线性效应的强度。
此外，光纤还可以提供一定的色散补偿，使频率梳的谱线间隔变得更加均匀。
超连续谱光频率梳在光谱测量领域有着广泛的应用。
由于其频谱上谱线均匀、间隔一致的特点，可以被用作频率标准。
通过与待测物质的光谱进行比对，可以确定待测物质的光学频率。
这种测量方法在光学频率计算、光谱分析和光学钟等领域有着重要的应用。
此外，超连续谱光频率梳还可以应用于频率合成和频率稳定领域。
通过调节超连续谱光频率梳的参数，例如激光功率、偏振方向和频率间隔等，可以实现对输出光波频率的精确控制。
这种技术在无线通信、光纤通信和激光制导等领域有着重要的应用前景。
在实际应用中，超连续谱光频率梳还需要一些辅助设备来实现其功能。
例如，光谱仪可以用来分析频率梳的谱线特性；频率稳定器可以用来控制输出光波的频率稳定性；和频器可以用来实现多个频率梳之间的同步等。
《基于外调制器的光学频率梳产生及其在卫星通信中的应用》范文
《基于外调制器的光学频率梳产生及其在卫星通信中的应用》篇一一、引言随着科技的不断进步，光学频率梳作为一种重要的光学信号处理技术，已经在通信、光谱学、计量学等领域得到了广泛的应用。
其中，基于外调制器的光学频率梳产生技术因其高稳定性、高效率及易于集成等优点，成为了研究的热点。
特别是在卫星通信领域，光学频率梳的产生与应用具有重要的实际意义。
本文将详细介绍基于外调制器的光学频率梳的产生原理及其在卫星通信中的应用。
二、基于外调制器的光学频率梳产生1. 基本原理光学频率梳的产生主要依赖于外调制技术。
外调制技术是通过在光波导上施加外部电场或磁场来改变光的相位、振幅、频率等参数，从而实现光的调制。
在光学频率梳的产生中，外调制器被用于产生一系列具有特定间隔的频率分量，这些频率分量形成了一个类似梳子的结构，因此被称为光学频率梳。
2. 技术实现基于外调制器的光学频率梳产生主要依赖于高速、高精度的外调制器。
外调制器通常采用电光效应、磁光效应等物理效应实现光的调制。
通过调整外调制器的驱动信号，可以产生具有不同频率间隔的光学频率梳。
此外，还需要利用光纤延迟线、光滤波器等光学器件对光信号进行进一步的处理和优化。
三、光学频率梳在卫星通信中的应用1. 信号传输在卫星通信中，光学频率梳可以用于提高信号传输的速率和可靠性。
通过将信息编码到光学频率梳的不同频率分量上，可以实现高速、大容量的数据传输。
此外，由于光学频率梳具有高稳定性、低噪声等特点，可以有效提高信号传输的抗干扰能力和可靠性。
2. 频谱管理在卫星通信系统中，频谱管理是一个重要的环节。
光学频率梳可以用于实现精确的频谱分配和管理。
通过调整光学频率梳的频率间隔和功率分布，可以实现不同卫星之间的频谱隔离和共享，从而提高频谱利用率。
3. 卫星导航系统在卫星导航系统中，光学频率梳可以用于提高信号的精度和稳定性。
通过将导航信号编码到光学频率梳的不同频率分量上，可以实现高精度的定位和测速。
光梳光谱学应用
光梳光谱学应用光学频率梳（Optical Frequency Comb）在光谱学中具有革命性的应用，它是一种能够产生一系列等间距、相干且稳定频率的光源。
这些频率如同一把梳子上的齿一样排列有序，因此得名“光频梳”。
以下是光梳光谱学的一些主要应用：1. **超高精度光谱测量**：- 光频梳提供了前所未有的频率分辨率和绝对频率精度，使得科学家可以进行极其精确的光谱分析，用于确定分子、原子以及量子系统的能级结构。
- 在天文学中，光梳被用来进行径向速度测量以发现系外行星，通过检测恒星光谱中的微小频移来探测其周围潜在行星的引力影响。
2. **精密计量学**：- 由于光梳产生的频率标准度非常高，它们被广泛应用于长度、时间以及频率单位的标准定义和传递，例如重新定义秒或者实现阿伏伽德罗常数的高精度测定。
3. **量子计算与通信**：- 光频梳可生成大量纠缠态光子对，这对于量子信息科学中的量子计算和量子密钥分发等领域至关重要。
4. **频率合成与转换**：- 光梳技术可用于将不同波段的光信号相互转换，实现从微波到可见光甚至远红外区域的大范围频率覆盖和精准控制。
5. **遥感与环境监测**：- 高精度的光梳光谱仪能够更准确地识别和量化大气成分，包括温室气体和其他污染物，有助于气候变化研究和环境监测。
6. **生物医学研究**：- 在生物医学领域，光梳技术也被探索用于非线性光谱成像和多光子激发显微镜等应用，提供更精细的组织和细胞内部化学成分分析手段。
7. **冷原子与量子模拟**：- 在冷原子物理实验中，光梳可作为高度稳定的激光器系统，为超冷原子操控和量子模拟实验提供关键光源。
综上所述，光梳光谱学的应用涵盖了基础科学研究、精密测量技术、环境监测等多个重要领域，并随着技术的发展，其应用前景仍在不断拓展。
光量子频率梳
光量子频率梳
光量子频率梳
光量子频率梳是一种新型的光学仪器，它可以将光的频率精确地分成许多不同的频率，类似于音乐中的音阶。
这种仪器的出现，为光学研究和应用带来了革命性的变化。
光量子频率梳的原理是基于光的干涉效应。
当两束光线相遇时，它们会产生干涉，形成明暗相间的条纹。
这些条纹的间距与光的频率有关，因此可以通过调整光的频率来控制条纹的间距。
光量子频率梳利用这种原理，通过将一束连续的激光分成许多不同的频率，形成一系列的条纹，从而实现对光的频率精确控制。
光量子频率梳的应用非常广泛。
它可以用于精确测量光的频率，从而实现高精度的时间测量和频率标准。
例如，现代原子钟就是利用光量子频率梳来实现高精度的时间测量的。
此外，光量子频率梳还可以用于光通信、光谱分析、量子计算等领域。
光量子频率梳的发明者们因此获得了2018年诺贝尔物理学奖。
他们的发明不仅推动了光学研究的发展，也为现代科技的发展提供了重要的支撑。
未来，随着光量子频率梳技术的不断发展，它将会在更多的领域得到应用，为人类带来更多的科技进步和创新。
OFC光学检测原理
OFC光学检测原理光学频率梳（OFC）是指在频谱上由一系列均匀间隔且具有相干稳定相位关系的频率分量组成的光谱。
随着光通信技术的飞速发展，OFC由于其在光学任意波形产生、多波长超短脉冲产生和密集波分复用等领域的广泛应用吸引了越来越多学者的关注。
光学频率梳已经成为继超短脉冲激光问世之后激光技术领域又一重大突破。
在该领域内，开展开创性工作的两位科学家J. Hall和T. W. H?nsch 于2005年获得了诺贝尔奖。
原理上，光学频率梳在频域上表现为具有相等频率间隔的光学频率序列，在时域上表现为具有飞秒量级时间宽度的电磁场振荡包络，其光学频率序列的频谱宽度与电磁场振荡慢变包络的时间宽度满足傅里叶变换关系。
超短脉冲的这种在时域和频域上的分布特性就好似我们日常所用的梳子，形象化地称之光学波段的频率梳，简称"光梳"。
光梳相当于一个光学频率综合发生器，是迄今为止最有效地进行绝对光学频率测量的工具，可将铯原子微波频标与光频标准确而简单的联系起来，为发展高分辨率、高精度、高准确性的频率标准提供了载体，也为精密光谱、天文物理、量子操控等科学研究方向提供了较为理想的研究工具，逐渐被人们运用于光学频率精密测量、原子离子跃迁能级的测量、远程信号时钟同步与卫星导航等领域中。
获得光梳的关键首先是实现稳定的超短脉冲输出，其次是实现对该超短脉冲序列在时域及频域的精密控制，即对超短脉冲的载波包络相位和激光脉冲重复频率的控制。
早期的光梳光源都是基于传统的钛宝石飞秒激光器构建而成。
美国天体物理联合实验室J. Hall教授等人首次利用自参考f-2f技术实现了载波包络相位稳定的钛宝石锁模激光器，这标志着飞秒光学频率梳的诞生。
光纤激光器具有优异的稳定性、结构紧凑、价格合理，且易于维护，解决了超短脉冲在用户层面的窘境。
光纤激光器作为第三代激光技术的代表，在科学研究及工业加工等应用领域具有诸多明显优势：光纤波导制造成本低；光纤的柔性及可缠绕性有利于实现激光器的小型化和模块化；光纤无需激光晶体那样严格的模式匹配或相位匹配；光纤激光器内部仅有较少或者几乎没有光学镜片，稳定性极佳；光纤激光器全封闭的光路结构能胜任恶劣的工作环境，对冲击震荡、湿度温度、灰尘颗粒具有较高的容忍度；此外，光纤激光器具有较高的电光效率，电光效率可达20%以上，显著节约了激光器的运行成本。
光频梳
分析此光脉冲序列，对其时域场进行傅里叶转换 ：
单一脉冲场的数学表达式如下： E(t) E(t)eict
（1）
其中，E(t)表波包的振幅，eict 表示频率为c 的载
波。基于（1）式，光脉冲序列可以下式表示：
E(t) n Eˆ (t n )ei(（c t-n）+n)
• 化学探测器 研究人员已经演示了利用光梳 的超灵敏化学探测器，目前正在研制商业 化仪器的样机。这种探测器，能够让安检 人员更快捷的识别爆炸物及危险病原体等 有害物质。医生可以通过检测病人呼出的 气体的化学成分来诊断疾病。
• 超级激光器 利用光学频率梳，许多激光器输出的 激光脉冲可以合称为单束光脉冲序列。合成激光 的相干性极好，就像是同一个激光器发出来的一 样。这种技术将来有望对从无线电波到 X 射线 的电磁波谱实现相干控制。
（2）
其中，τ= 1∕ frep为脉冲序列的周期。 对（2）式整理并作傅里叶转换，
而锁模雷射为各不同模能雷射的同相叠加，故各 模能之间的相位差为2π的整数倍，取
可推得
（3）
（3）式即为光频梳上第n 根光梳齿的数学表示式 。图（2）即为脉冲雷射的频谱。
（2）激光脉冲序列频域场图
3.自参考技术
“自参考”技术可以保证梳齿精确定位。由
其中， frep为锁模激光器激光脉冲的重复频率， 而δ为偏差频率，n为整数。光频梳最大的功能在 于可将难以精确测量的未知光频fu以下式表示：
f beat为fu和第n根光梳齿的拍频，其必小于frep 。
2.脉冲重复率和偏差频率
飞秒锁模激光器的锁模雷射在时域中的表现 为周期为1∕ frep的光脉冲序列，如图（1）所示， 实线表光脉冲序列的载波，而虚线表周期性脉冲 的波包，ΔФ为脉冲波包与载波绕行共振腔一次 所产生的相位差，其成因为色散造成载波相速度 和群速度的不一致。
《2024年高质量的光频梳产生及其在频率测量中的应用研究》范文
《高质量的光频梳产生及其在频率测量中的应用研究》篇一一、引言随着现代科学技术的不断发展，频率计量学与光子技术的结合愈发紧密。
其中，高质量的光频梳产生技术以及其应用成为了众多领域的研究热点。
光频梳作为一种具有高精度、高稳定性和高分辨率的频率源，在通信、光谱学、精密测量等领域发挥着重要作用。
本文将详细介绍高质量的光频梳产生技术及其在频率测量中的应用研究。
二、高质量光频梳的产生1. 光频梳的基本原理光频梳，又称光学频率梳或光梳，是一种具有等间隔频率的激光输出。
其基本原理是通过非线性光学效应将低频的激光信号转化为高频的激光信号，从而形成一系列等间隔的频率线。
这些频率线在频域上呈现出类似于“梳子”的形状，因此得名光频梳。
2. 产生高质量光频梳的技术(1) 非线性光学技术：利用非线性光学晶体，将输入的激光信号通过级联非线性过程进行频谱展宽，产生大量频率线，从而形成高质量的光频梳。
(2) 光学锁相技术：通过将多个光频梳线进行锁相，使它们具有相同的相位关系，从而提高光频梳的稳定性和精度。
(3) 优化设计：优化光频梳的谐振腔、激光器等关键部件的设计和参数，以提高光频梳的输出质量和稳定性。
三、光频梳在频率测量中的应用1. 光通信领域在光通信领域，光频梳作为一种高精度的频率源，被广泛应用于光纤传输中的波长/频率锁定和补偿系统。
通过将光频梳的输出作为参考信号，可以实现精确的波长/频率校准和调整，提高光纤通信系统的传输质量和效率。
2. 光谱学领域在光谱学领域，光频梳可被用于实现高分辨率的光谱分析。
利用光频梳产生的等间隔频率线作为参考信号，可以精确地测量和分析样品的吸收、发射等光谱特性，为科学研究提供有力支持。
3. 精密测量领域在精密测量领域，光频梳可用于高精度的测距和定位系统。
例如，将光频梳应用于光纤陀螺仪中，可实现高精度的角速度测量和定位功能；此外，光频梳还可用于气体成分和压力等物理量的高精度测量。
四、实验研究及结果分析本部分将详细介绍实验研究的过程及结果分析。
飞秒光学频率梳
飞秒光学频率梳什么是飞秒光学频率梳？飞秒光学频率梳（femtosecond optical frequency comb）是一种用于测量光频率精度的工具。
它是通过将一束脉冲激光分成数以百万计的非常短的、均匀分布的光脉冲来实现的。
这些脉冲的频率之间存在固定的关系，就像音乐中的音阶一样。
因此，飞秒光学频率梳可以在光频率精度测量和时间标准等领域发挥重要作用。
飞秒光学频率梳的原理和构成飞秒光学频率梳的原理基于光学陷阱。
光学陷阱可以用来将光束分解成数个光子，然后将这些光子重新合并成新的光束。
在飞秒光学频率梳中，使用了一个脉冲激光和一个光学腔。
飞秒光学频率梳的构成包括以下几个部分：1.激光源：通常采用飞秒激光器来产生极短的激光脉冲。
2.光谱扩展：通过将激光脉冲经过一系列的非线性光学效应，可以将光的频率范围从几百纳米扩展至数千纳米。
3.光学腔：用于产生光学陷阱，将光束分解成多个光子，并重新合并成新的光束。
4.频率锁定：将光学频率梳的频率与已知的基准频率进行比较，从而实现频率的精确测量。
飞秒光学频率梳的应用领域由于飞秒光学频率梳可以提供非常高的光频率精度和稳定性，因此在许多科学和工程领域都得到了广泛的应用。
光谱分析飞秒光学频率梳可以用于精确测量光源的频率，并用于光谱分析。
这对于光源的标定和研究具有重要意义，特别是在高精度的应用中，如光纤通信和激光雷达。
时间测量由于飞秒光学频率梳具有非常高的时间分辨率，在时间测量中也得到了广泛的应用。
例如，在超快激光领域，飞秒光学频率梳可用于测量超快过程的时间尺度，如化学反应和电子运动。
光学频率标准飞秒光学频率梳可用作光学频率标准，提供非常高的频率精度和稳定性。
它可以用于校准其他光学频率源，并作为时间和频率测量的基准。
量子计量学飞秒光学频率梳在量子计量学中也有重要的应用。
它可以用于量子信息处理和量子通信等领域，为量子系统的精确测量和控制提供支持。
飞秒光学频率梳的发展和前景飞秒光学频率梳的概念最早由Theo Hänsch和John Hall提出，他们因此获得了2015年的诺贝尔物理学奖。
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光纤光学频率梳谢戈辉;刘洋;罗大平;朱志伟;邓泽江;顾澄琳;李文雪【摘要】在时域上,光学频率梳(光频梳)表现为时间间隔固定的超短脉冲序列,具有飞秒量级的时间宽度和极高的瞬时电场强度;在频域上,光频梳呈现为数百万频率间隔固定的频率齿的集合,每根梳齿都具备窄线宽稳频连续激光器的频率精度.光频梳已经发展成为一种重要的科研工具,广泛应用于高精度原子、分子特征信息识别,物质内部结构解析,生物成像及空间遥感成像等诸多科学研究领域.文章首先说明光频梳的基本技术原理,然后介绍华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室在光频梳研制领域的进展,并详细介绍基于自研光频梳发展的两种应用:双光梳三维编码成像和双光梳分子光谱.【期刊名称】《自然杂志》【年(卷),期】2019(041)001【总页数】9页(P15-23)【关键词】光学频率梳;飞秒锁模激光器;载波包络相位频率;重复频率;f-2f自参考探测技术;锁相环【作者】谢戈辉;刘洋;罗大平;朱志伟;邓泽江;顾澄琳;李文雪【作者单位】华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海200062;华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海200062;华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海200062;华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海200062;华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海200062;华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海200062;华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海200062【正文语种】中文1 光学频率梳——时频域精密控制的飞秒激光脉冲20世纪后期，超快激光技术的快速发展为精密光谱测量技术提供了崭新的技术手段。
具有超高时间分辨能力的飞秒脉冲，赋予科研人员探索超快物理规律，获取原子、分子特征信息，认识物质内部能量传递的能力。
在工业生产方面，飞秒脉冲具有极高的峰值功率密度，最大限度地减小了热损伤，带来了前所未有的加工精度。
基于飞秒激光器和超快激光技术，科学家于1999年发明了光学频率梳。
由于光学频率梳在时频域均具有极高的分辨率和稳定性，被广泛应用于时频域高分辨、高精度科学研究。
光频梳是一种由众多分立且频率间隔严格相等的频率齿组成的宽带光源，它类似于一把计量频率的尺子，因此也被称作光学频率尺。
产生光频梳的主要途径有三种：其一是基于被动锁模飞秒激光器，通过控制超短脉冲的载波包络相位偏移频率和重复频率，实现光脉冲时域与频域的精密控制，可输出频谱覆盖范围超过一个倍频程的宽带光谱；其二是对窄线宽连续激光器进行幅度调制和相位调制，进而在频域上获得一系列频率间隔相等的调制边带；其三是基于微腔振荡器的光频梳产生技术，它是将一束窄线宽激光注入高品质因子的光学微腔内，通过模式共振产生出频率间隔相等的频率边带。
同时，这些边带模式在级联四波混频作用下，生成更多的频率间隔可高达数百吉赫兹(GHz)的宽带光谱。
图1 光学频率梳的基本原理[1]目前研究与应用最为广泛的是基于锁模激光器的飞秒光频梳，其基本原理如图1所示[1]。
锁模激光器在时域上输出周期性的超短脉冲序列，其时间间隔等于脉冲腔内往返一周的时间(Tr)。
脉冲的包络宽度即为脉冲宽度，或者称为脉冲持续时间。
在脉冲持续时间内包含着具有多个光学周期的载波信号，脉冲的载波信号以相速度(υp)传输，而整体包络的传输速度为群速度(υg)。
由于群速度与相速度的不同，导致每相邻两脉冲的电场载波与脉冲整体包络之间存在着相位差(Δφ)，即载波包络相位。
根据傅里叶变换关系，时域的周期性脉冲序列对应着频域呈梳状函数分布的频率齿。
相邻梳齿之间的频率间隔为重复频率(fr)，它是脉冲腔内往返时间的倒数(1/Tr)；载波包络相位对应的频率称为载波包络偏移频率(f0)，表现为频率梳齿的整体偏移。
以一把直尺为例， f0 类似于直尺的零刻线，而 fr 则对应于直尺的单位长度。
如果同时实现 f0 与 fr 这两个自由度的精密控制，飞秒脉冲频谱范围内的每个纵模频率就均可精确确定，进而可以实现光学频率的精密计量。
在频域上，飞秒光梳相当于高精度的光学频率尺，具有离散的、间隔固定的、单一频率的激光纵模，同时能够覆盖极宽的频谱范围，形成数以百万计的频率“梳齿”，且任意纵模的谱线又具有稳频连续激光器的频率精度。
在时域上，对载波包络相位的精密控制，使光频梳具有飞秒量级的时间宽度和极高的瞬时电场强度。
光学频率梳技术将这些“梳齿”锁定在确定的频率上，极大地简化了精密测量工作，掀起了频率测量领域的革命。
光频梳的概念早在超短脉冲出现之前就已经被提及，但受制于主动锁模激光器的频域特性，精密的频域控制技术无法开展。
直到20世纪90年代，钛宝石飞秒激光器的成功研制极大地推进了超短脉冲精密控制技术的发展(图2)。
1999年，瑞士的U. Keller教授提出了通过f-2f自参考技术探测载波包络相位的方法[2]。
2000年，基于克尔透镜锁模技术的钛宝石激光器，J. L. Hall和T. W. Hänsch等人利用超连续谱产生技术和自参考探测技术实现了对飞秒脉冲载波包络相位的精密控制，产生了第一台自参考光频梳[3]。
光频梳的出现是激光技术和精密计量科学的一个革命性突破。
J. L. Hall和T. W. Hänsch因在光学频率梳和精密计量领域的突出贡献，被授予2005年诺贝尔物理学奖。
图2 光纤光学频率梳发展回顾21世纪以来，随着光纤技术的快速发展，科学家实现了基于光纤飞秒激光器的光频梳，有机融合了光纤激光器体积小、易维护、抗干扰能力强的优点。
随后，光频梳步入了快速发展的轨道，其光谱、功率以及应用领域被不断拓广。
2007年到2010年间，美国标准实验室的叶军小组与IMRA公司合作，结合光纤光梳产生技术与啁啾脉冲放大技术，将光学频率梳的平均输出功率提高到80 W，并获得120 fs的脉冲输出[4]，而且以此为基础利用外腔增强技术获得了最短波长38 nm的极紫外光梳[5]，将光频梳的波段拓展到深紫外领域，推动光频梳在紫外领域的科学发展研究。
2013年，德国马克斯·普朗克研究所I. Pupeza等[6]利用非线性脉冲压缩技术，获得了输出功率43 W、脉冲宽度51 fs的掺镱光纤光频梳，并以此为驱动源，使用外腔增强技术获得最短输出波长11.45 nm的极紫外光频梳[7]。
2 光学频率梳的产生技术飞秒光纤光频梳的产生基于一台飞秒光纤锁模激光器，目前比较常见的几种光纤锁模激光器包括[8-12]非线性偏振旋转锁模、非线性光纤环形镜锁模以及半导体可饱和吸收镜锁模(图3～图5)。
此三种锁模激光器均采用增益光纤作为增益介质，优化光纤器件，可以实现全光纤化锁模。
同时，三种锁模方式均可靠稳定，输出的脉冲特性各有优点，几乎可以满足各种科学研究对激光脉冲的要求，是产生光学频率梳的理想激光光源。
图3 非线性偏振旋转光纤锁模激光器图4 非线性光纤环形镜锁模激光器图5 SESAM光纤锁模激光器如前文所述，光频梳的产生包括重复频率和载波包络相位频率的探测与锁定。
锁模激光器输出脉冲的重复频率与谐振腔有效长度成反比。
由于谐振腔的长度受外界温度、气压和腔内的非线性调制影响会产生变化，其重复频率也在变化。
技术上可以通过实时反馈控制激光器腔长实现重复频率的锁定。
一般采用压电陶瓷伸缩改变腔长，补偿外界环境引起的重复频率的漂移，获得频率稳定的重复频率。
图6展示了fr的探测和控制方案：fr信号由光电二极管探测，然后经过放大级和带通滤波器进入混频器和外部铷钟参考信号进行混频鉴相，获得误差信号，再经过低通滤波器和比例积分微分(PID)控制器，控制高压放大器的电压，通过改变压电陶瓷的加载电压实现压电陶瓷的伸缩量的控制，从而实时补偿激光器的腔长。
图6 重复频率锁定实验方案光频梳 f0 的探测与锁定是实现光学频率梳的关键技术。
目前，成熟的技术方案是采用f-2f自参考探测系统提取载波包络相位偏移频率。
其技术原理如图7所示[1]。
图7 载波包络相位漂移频率探测原理[1]该方案的核心技术环节是产生覆盖倍频程宽度的超连续谱。
固定激光器中，只有少数基于啁啾镜色散补偿技术的克尔透镜锁模钛宝石振荡器能够直接输出倍频程光谱。
在光纤光频梳中，一般采用光子晶体光纤或高非线性光纤作为光谱展宽器，拓宽振荡级光谱达到倍频程输出。
在超过一个倍频程的宽带光谱中，包含成分如下：利用倍频晶体可将长波vn倍频得到二次谐波2vn=2nfr+2f0。
当倍频光与短波v2n满足时间同步且空间重合时，二者光场干涉叠加，可提取出 f0 信号：光纤激光器中，锁模脉冲的 f0与温度、振动、腔内偏振、色散、非线性效应以及泵浦功率相关，各因素相互影响，共同作用。
f0 的锁定一般采用反馈调节泵浦电流和温控电路相组合的方式，温控电路控制频率慢飘，泵浦功率控制频率快飘。
如图8所示，锁模光纤脉冲激光器的 f0 信号通过雪崩二极管探测，然后经过带通滤波器和放大级进行滤波放大，再经过滤波器和分频器进行滤波分频；分频信号与锁定在铷钟上的射频信号进行混频鉴相，滤出误差信号；将误差信号进行环路滤波加载到激光器泵浦电流和TEC控制模块实现载波包络相位频率的精确锁定。
通过对光纤光频梳重复频率和载波包络相位的锁定，可以将光纤光梳的稳定度锁定在参考源上，将参考源的线宽以及噪声特性反映到每一根频率梳齿上。
图8 载波包络相位频率锁定原理此外，通过光梳频率齿与连续光激光在空间上进行拍频，探测器测得的拍频信号通过锁相环反馈到腔内的调制器件，同样可以实现对光梳的重复频率进行锁定。
载波包络相位则先通过 f-2f技术探测得到 f0 的信号，然后将 f0 的拍频信号通过滤波后，经伺服控制器同步锁定到参考源上。
光梳的稳定性主要表征为频率齿的噪声特性[13]。
表1为光梳锁定中不同噪声项的影响及相应的抑制方法。
由参量X引起的部分重复频率波动的功率谱密度SrX(f )，主要取决于激光响应dx fr和噪声源SX( f )的傅里叶频率依赖性。
表示如下：不同噪声项引起的重复频率噪声分别为：其中，分别为长度、损耗、泵浦以及放大自发辐射引起重复频率噪声项，B≈4×10-11，G为腔功率增益系数，ηsp为有效自发辐射因子，Pcirc为腔内光功率，β2是腔内的净色散，Dg是增益色散，tRMS为脉冲宽度均方根，ωRMS为光谱宽度均方根。
从表1中可以看出，通过环境隔离，减小f3dB，减小泵浦源噪声，提高峰值功率，能够有效抑制光梳噪声。
针对不同噪声项对频率的依赖性，设计时使整个光梳系统尽可能避免外界环境干扰，此时再采用电学锁相反馈控制技术，主动控制重复频率和载波包络相位，可进一步地抑制光梳的相位噪声。
采用的锁定方法不同，得到的锁定效果和噪声特性也不同。