一种基于pzt的光学频率梳重频控制装置
阅读说明：本技术 一种基于pzt的光学频率梳重频控制装置 (Optical frequency comb repetition frequency control device based on PZT ) 是由 陈大勇 杨瑞强 代虎 王猛 刘志栋 陈江 崔敬忠 王宽 卫立勋 于 2021-08-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于PZT的光学频率梳重频控制装置,包括重频高速控制模块和重频低速控制模块,根据光梳重频波动特性,选择不同谐振频率的PZT,可实现低速、高速相结合的重频控制,重频控制过程中同时对模块工作温度进行精确控制,可对重频的频率进行大范围调整,本发明从光纤拉伸和工作温度两方面进行控制,拓宽重频控制范围,提高了系统的环境适应性和可靠性。(The invention discloses an optical frequency comb repetition frequency control device based on PZT, which comprises a repetition frequency high-speed control module and a repetition frequency low-speed control module, PZT with different resonance frequencies are selected according to the fluctuation characteristic of optical comb repetition frequency, so that the low-speed and high-speed combined repetition frequency control can be realized, the working temperature of the module is accurately controlled in the repetition frequency control process, and the repetition frequency can be adjusted in a large range.)
技术领域
本发明属于光学频率梳的技术领域，具体涉及一种基于PZT的光学频率梳重频控制装置。
背景技术
光学频率梳(简称光梳)自诞生之日，即被认为是激光
技术领域
的一重大突破，J.L.Hall和T.W.Hansch两位科学家对光梳开创性的研究工作，使光梳测量精度及应用领域得到了极大提升和拓展，因此获得了2005年的诺贝尔物理学奖。光梳是在频谱上是由一系列均匀间隔、且具有相干稳定相位关系的频率分量的光谱，相当于一个光学频率综合发生器，是迄今为止最有效的绝对光学频率测量的技术手段，为精密光谱、物理常数测量、天文物理、量子操控等领域提供了理想的研究工具，同时在光学频率精密测量、原子粒子能级跃迁测量、远程信号传输、时钟同步及卫星导航等领域中越来越受到重视和应用，诞生了很多新的研究方向和热点。
光梳的关键技术包括：锁模技术、高稳重复频率的测量及锁定技术和载波包络相位信号探测及锁定技术。锁模技术用于产生周期性的光脉冲序列；重复频率测量及锁定技术用于抑制光梳“梳齿”的间隔抖动噪声，从而获得高稳重复频率的光脉冲序列；载波包络相位信号探测及锁定技术用于载波包络偏移频率的锁定。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于PZT(Piezoelectric ceramics，压电陶瓷)的光学频率梳重频控制装置，用于重复频率的精确控制及锁定。
实现本发明的技术方案如下：
一种基于PZT的光学频率梳重频控制装置，包括重频高速控制模块和重频低速控制模块，根据光梳重频波动特性，选择不同谐振频率的PZT对光纤拉伸量进行控制，实现低速、高速相结合的重频控制；在重频控制过程中对所述控制模块工作温度进行控制，从而对重频频率进行调整。
进一步地，所述重频高速控制模块包括环氧树脂、紧固螺栓、第一基板、第二基板、光纤和高频谐振频率PZT；
第一基板和第二基板于同一水平面并排放置，二者之间通过紧固螺栓连接，高频谐振频率PZT的下表面通过环氧树脂粘贴固定在紧固螺栓上，高频谐振频率PZT的上表面与基板的上表面处于同一平面，光纤通过环氧树脂固定在基板上表面。
进一步地，所述重频低速控制模块包括环氧树脂、紧固螺栓、第一基板、第二基板、光纤和低频谐振频率PZT；
第一基板和第二基板于同一水平面并排放置，二者之间通过紧固螺栓连接，低频谐振频率PZT的下表面通过环氧树脂粘贴固定在紧固螺栓上，低频谐振频率PZT的上表面高出基板的上表面的距离为低频谐振频率PZT高度的1/3，光纤通过环氧树脂固定在基板上表面。
进一步地，在重频控制过程中工作温度波动小于0.1℃，温度系数为500Hz/℃。
进一步地，高频谐振频率PZT通过外部反馈高频控制电压信号的控制，在垂直于其上表面方向上伸缩，带动光纤拉伸，实现对重频高速控制。
进一步地，低频谐振频率PZT通过外部反馈低频控制电压信号的控制，在垂直于其上表面方向上伸缩，带动光纤拉伸，实现对重频低速控制。
有益效果：
本发明的一种基于PZT的光学频率梳重频控制装置的设计，根据光梳重频波动特性，选择不同谐振频率的PZT，可实现低速、高速相结合的重频控制，重频控制过程中同时对控制模块工作温度进行精确控制，该技术方案从光纤拉伸量和工作温度两个维度对重频进行控制，拓宽重频控制宽范围，提高了系统的环境适应性和可靠性。
附图说明
图1重频窄量程高速控制模块主视图。
图2重频宽量程低速控制模块主视图。
图3重频速控制模块仰视图。
图4光纤锁摸激光器技术方案。
其中，1-环氧树脂，2-环氧树脂，3-环氧树脂，4-环氧树脂，5-环氧树脂，6-紧固螺栓，7-第一基板，8-光纤，9-高频谐振频率PZT，10-第二基板，11-安装孔径，12-预留孔径，13-低频谐振频率PZT。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种基于PZT的光学频率梳重频控制装置，包括重频高速控制模块和重频低速控制模块；
所述重频高速控制模块包括环氧树脂1、环氧树脂2、环氧树脂3、环氧树脂4、环氧树脂5、紧固螺栓6、第一基板7、第二基板10、光纤8、高频谐振频率PZT9组成。如图1和图3所示，第一基板7、第二基板10用于光纤8和PZT9支撑和固定，材质为铝，具体包括光纤8通过环氧树脂1和环氧树脂3固定在第一基板7、第二基板10的上表面；紧固螺栓6基于安装孔径11中预留螺纹，旋转紧固螺栓6控制PZT9上表面与第一基板7、第二基板10的上表面在同一个平面；通过预留孔径12，向PZT9与紧固螺栓6衔接处注入环氧树脂4，使PZT9一端固定在紧固螺栓6上；PZT9与光纤8通过环氧树脂2粘连，PZT9通过外部高频电压信号控制，在Z轴方向上进行伸缩，带动光纤拉伸，从而实现对重频高速控制；在基板预留的安装孔径11中，注入环氧树脂5，使紧固螺栓6固定在安装孔径11内；
所述重频低速控制模块包括环氧树脂1、环氧树脂2、环氧树脂3、环氧树脂4、环氧树脂5、紧固螺栓6、第一基板7、第二基板10、光纤8、低频谐振频率PZT13组成。如图2和图3所示，第一基板7、第二基板10用于光纤8和PZT13支撑和固定，材质为铝，具体包括光纤8通过环氧树脂1和环氧树脂3固定在第一基板7、第二基板10的上表面；紧固螺栓6基于安装孔径11中预留螺纹，旋转紧固螺栓6控制PZT13，使PZT13上表面到第一基板7、第二基板10的上表面距离为PZT13高度的1/3，为光纤8预留足够的弯曲量，减小应力；通过预留孔径12，向PZT13与紧固螺栓6衔接处注入环氧树脂4，使PZT13一端固定在紧固螺栓6上；PZT13与光纤8通过环氧树脂2粘连，PZT13通过外部低频电压信号控制，在Z轴方向上进行伸缩，带动光纤拉伸，从而实现对重频宽量程低速调节；在基板预留的安装孔径11中，注入环氧树脂5，使紧固螺栓6固定在安装孔径11内。
具体实施：
a.实施例中光梳锁模激光器采用基于非线性偏振旋转的光纤锁模激光器，技术方案如图4所示，其中重复频率为103MHz，腔长约为2m、光纤折射率为1.5。经测试，重频波动主要受到环境温度及振动影响，其中温度系数约为500Hz/℃；
b.实施例中重频高速控制模块的带宽设置为50kHz，针对1kHz～50kHz的重频波动进行补偿。这里选择选择谐振频率为500kHz的叠堆PZT，尺寸为2mm×2mm×2mm，其Z轴方向位移量为3.3um；基板厚度为300mm，材质为硬铝。安装孔径11为基板预留的2.2mm×2.2mm方形通孔，且有螺纹，可通过旋转紧固螺栓6，控制PZT9在孔径11的位置，此处使PZT9上表面与基板上表面在同一个平面，光纤4紧贴PZT9和基板上表面；环氧树脂用于装置的加固，提高可靠性，加固包括光纤8固定在基板上、PZT9上表面与光纤4粘连、PZT9一端与紧固螺栓6粘连、紧固螺栓6固定在安装孔径11内；重频高速控制PZT9通过外部反馈高频控制电压信号，控制PZT9在Z轴方向上伸缩，带动光纤拉伸，实现对重频高速控制，其频率补偿量由控制电压幅度决定，一般小于1Hz；
c.实施例中重频宽量程低速控制模块的带宽设置为1kHz，针对1kHz以内的重频波动进行补偿。这里选择选择谐振频率为100kHz的叠堆PZT，尺寸为2mm×2mm×10mm，其Z轴方向位移量约为15um；基板厚度为300mm，材质为硬铝。安装孔径11为基板预留的2.2mm×2.2mm方形通孔，且有螺纹，可通过旋转紧固螺栓6，控制PZT在孔径11的位置，基板上表面到PZT13上表面的距离约为4mm；环氧树脂用于该装置的加固，提高可靠性，加固包括光纤8固定在基板上、PZT13上表面与光纤4粘连、此设计为光纤8预留足够的弯曲量，减小应力。PZT13一端与紧固螺栓6粘连、紧固螺栓6固定在安装孔径11内；重频低速控制是PZT13通过外部反馈低频控制电压信号，控制PZT13在Z轴方向上伸缩，带动光纤拉伸，实现对重频低速控制，补偿由于环境温度、振动等因素引起的重频波动；重频控制模块通过温度控制，使其工作温度波动小于0.1℃，重频频率波动小于50Hz。该设计中重频宽量程低速控制模块频率补偿量不小于200Hz，完全满足应用需求；
d.实施例中重频控制过程中对控制模块工作温度进行精确控制，工作温度波动小于0.1℃，温度系数约为500Hz/℃，对模块工作温度进行精确控制，实现对重频的频率进行大范围调整，拓宽了重频控制宽范围，提高了系统的环境适应性和可靠性。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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