Компактное устройство на основе источника двойных гребёнок с использованием оптических микрорезонаторов и способ гетеродинного детектирования в метрологических применениях - RU2017118907A

1. Способ гетеродинного детектирования с использованием генерирования двойной оптической гребёнки на основе оптических микрорезонаторов, причём способ содержит этапы, на которых:

- генерируют первую оптическую частотную гребёнку и вторую оптическую частотную гребёнку, причём каждая из первой оптической частотной гребёнки и второй оптической частотной гребёнки имеет множество мод, разнесённых на первое значение и второе значение частоты, соответственно, причём первое значение и второе значение являются отличными друг от друга, причём упомянутое генерирование содержит этап, на котором вводят излучение по меньшей мере одного компактного лазера с непрерывным излучением, имеющее спектральные компоненты, соответствующие резонансным частотам мод, ответственных за генерирование оптических частотных гребёнок, по меньшей мере в один оптический микрорезонатор, выполненный из материала, имеющего зависящий от интенсивности показатель преломления при уровне мощности выше пороговой величины накачки, таким образом, чтобы обеспечить параметрически сгенерированные первую оптическую частотную гребёнку и вторую оптическую частотную гребёнку; и

- выводят первую оптическую частотную гребёнку и вторую оптическую частотную гребёнку из упомянутого по меньшей мере одного оптического микрорезонатора.

2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этапы, на которых:

- разделяют первую оптическую частотную гребёнку, которая действует в качестве сигнала, на измерительную оптическую частотную гребёнку и опорную оптическую частотную гребёнку;

- выполняют оптическое измерение с использованием измерительной оптической частотной гребёнки таким образом, что измерительная оптическая частотная гребёнка изменяется в результате оптического измерения;

- объединяют вторую оптическую частотную гребёнку, которая действует в качестве гетеродина, с опорной оптической частотной гребёнкой и измерительной оптической частотной гребёнкой, которая изменена в результате оптического измерения, таким образом, чтобы сгенерировать два объединенных пучка двойных гребёнок;

- выполняют фотодетектирование объединенных пучков двойных гребёнок таким образом, чтобы сгенерировать радиочастотные (РЧ-) или микроволновые гетеродинные сигналы.

3. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этапы, на которых:

- объединяют первую оптическую частотную гребёнку, которая действует в качестве сигнала, и вторую оптическую частотную гребёнку, которая действует в качестве гетеродина, в пучок двойной гребёнки;

- разделяют пучок двойной гребёнки на измерительный пучок двойной гребёнки и опорный пучок двойной гребёнки;

- выполняют оптическое измерение с использованием измерительного пучка двойной гребёнки таким образом, что пучок двойной гребёнки изменяется в результате оптического измерения;

- выполняют фотодетектирование опорного пучка двойной гребёнки и измерительного пучка двойной гребёнки, измененного в результате оптического измерения, таким образом, чтобы сгенерировать РЧ- или микроволновые гетеродинные сигналы.

4. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором:

- выполняют синхронизацию частот по меньшей мере компактного одного лазера с непрерывным излучением с соответствующими резонансными частотами по меньшей мере одного оптического микрорезонатора посредством механизма синхронизации.

5. Способ по п. 4, в котором упомянутая синхронизация содержит инжекционную синхронизацию путём ввода света, рассеянного в обратном направлении в по меньшей мере одном оптическом микрорезонаторе, назад в по меньшей мере один компактный лазер с непрерывным излучением.

6. Способ гетеродинного детектирования с использованием генерирования двойной оптической гребёнки на основе оптических микрорезонаторов, причём способ содержит этапы, на которых:

- генерируют первую оптическую частотную гребёнку и вторую оптическую частотную гребёнку, причём каждая из первой оптической частотной гребёнки и второй оптической частотной гребёнки имеет множество мод, разнесённых на первое значение и второе значение частоты, соответственно, причём первое значение и второе значения являются отличными друг от друга, причём упомянутое генерирование содержит этап, на котором вводят излучение по меньшей мере одного компактного лазера с электрооптически модулированным непрерывным излучением для генерирования боковых полос, соответствующих резонансным частотам мод, ответственных за генерирование оптических частотных гребёнок по меньшей мере в один оптический микрорезонатор, выполненный из материала, имеющего зависящий от интенсивности показатель преломления при уровне мощности выше пороговой величины накачки, таким образом, чтобы обеспечить параметрически сгенерированные оптические частотные гребёнки; и

- выводят первую оптическую частотную гребёнку и вторую оптическую частотную гребёнку из упомянутого по меньшей мере одного оптического микрорезонатора.

7. Способ по п. 6, дополнительно содержащий этапы, на которых:

- разделяют первую оптическую частотную гребёнку, которая действует в качестве сигнала, на измерительную оптическую частотную гребёнку и опорную оптическую частотную гребёнку;

- выполняют оптическое измерение с использованием измерительной оптической частотной гребёнки таким образом, что измерительная оптическая частотная гребёнка изменяется в результате оптического измерения;

- объединяют вторую оптическую частотную гребёнку, которая действует в качестве гетеродина, с опорной оптической частотной гребёнкой и измерительной оптической частотной гребёнкой, которая изменена в результате оптического измерения, таким образом, чтобы сгенерировать два объединенных пучка двойных гребёнок;

- выполняют фотодетектирование объединенных пучков двойных гребёнок таким образом, чтобы сгенерировать РЧ- или микроволновые гетеродинные сигналы.

8. Способ по п. 6, дополнительно содержащий этапы, на которых:

- объединяют первую оптическую частотную гребёнку, которая действует в качестве сигнала, и вторую оптическую частотную гребёнку, которая действует в качестве гетеродина, в пучок двойной гребёнки;

- разделяют пучок двойной гребёнки на измерительный пучок двойной гребёнки и опорный пучок двойной гребёнки;

- выполняют оптическое измерение с использованием измерительного пучка двойной гребёнки таким образом, что пучок двойной гребёнки изменяется в результате оптического измерения;

- выполняют фотодетектирование опорного пучка двойной гребёнки и измерительного пучка двойной гребёнки, измененного в результате оптического измерения, таким образом, чтобы сгенерировать РЧ- или микроволновые гетеродинные сигналы.

9. Устройство для гетеродинного детектирования, содержащее источник двойной оптической гребёнки на основе оптических микрорезонаторов, причём источник содержит:

- по меньшей мере один оптический микрорезонатор, выполненный из материала, имеющего зависящий от интенсивности показатель преломления;

- по меньшей мере один компактный лазер с непрерывным излучением, имеющим спектральные компоненты, соответствующие резонансным частотам мод, ответственных за генерирование оптических частотных гребёнок, и направляемые для взаимодействия по меньшей мере с одним оптическим микрорезонатором, таким образом, чтобы обеспечить генерирование первой оптической частотной гребёнки и второй оптической частотной гребёнки, причём каждая из первой оптической частотной гребёнки и второй оптической частотной гребёнки имеет множество мод, разнесённых на первое значение и второе значение частоты, соответственно, причём первое значение и второе значение являются отличными друг от друга;

- по меньшей мере один оптический элемент связи, выполненный с возможностью ввода излучения из упомянутого по меньшей мере одного компактного лазера с непрерывным излучением в упомянутый по меньшей мере один оптический микрорезонатор; и

- по меньшей мере один оптический элемент связи, выполненный с возможностью вывода луча, содержащего первую оптическую частотную гребёнку и вторую оптическую частотную гребёнку, из упомянутого по меньшей мере одного оптического микрорезонатора.

10. Устройство по п. 9, в котором

упомянутый по меньшей мере один оптический резонатор содержит два оптических резонатора, расположенные один под другим, имеющие общую ось вращения и выполненные из одного кристалла.

11. Устройство по п. 9, в котором

упомянутый по меньшей мере один оптический элемент связи, выполненный с возможностью ввода излучения от упомянутого по меньшей мере одного компактного лазера с непрерывным излучением в упомянутый по меньшей мере один оптический микрорезонатор, содержит по меньшей мере одно коническое волокно, выполненное с возможностью контактирования с упомянутым по меньшей мере одним оптическим микрорезонатором своей узкой частью.

12. Устройство по п. 9, в котором

упомянутый по меньшей мере один оптический элемент связи, выполненный с возможностью ввода излучения от по меньшей мере одного компактного лазера с непрерывным излучением в упомянутый по меньшей мере один оптический микрорезонатор, содержит оптическую призму связи, клиновидный делитель пучка, введённый наполовину в лазерный луч, выполненный с возможностью разделения лазерного луча путём отклонения его части на определённый угол, и фокусирующую линзу, выполненную с возможностью фокусирования лазерного луча до того, как он попадает в оптическую соединительную призму.

13. Устройство по п. 9, в котором

упомянутый по меньшей мере один оптический микрорезонатор и/или упомянутый по меньшей мере один компактный лазер с непрерывным излучением и/или упомянутый по меньшей мере один оптический элемент связи интегрированы на общем полупроводниковом чипе.

14. Устройство по п. 9, дополнительно содержащее:

- делитель пучка, выполненный с возможностью разделения первой оптической частотной гребёнки, которая действует в качестве сигнала, на измерительную оптическую частотную гребёнку и опорную оптическую частотную гребёнку;

- среду оптического измерения, в которой выполняется оптическое измерение с использованием измерительной оптической частотной гребёнки таким образом, что измерительная оптическая частотная гребёнка изменяется в результате оптического измерения;

- по меньшей мере один объединитель пучка, выполненный с возможностью объединения второй оптической частотной гребёнки с опорной оптической частотной гребёнкой и измерительной оптической частотной гребёнкой, которая изменена в результате оптического измерения, таким образом, чтобы сгенерировать два объединенных пучка двойных гребёнок;

- по меньшей мере один фотодетектор, выполненный с возможностью приема объединенных пучков двойных гребёнок и генерирования РЧ- или микроволновых гетеродинных сигналов.

15. Устройство по п. 9, дополнительно содержащее:

- объединитель пучка, выполненный с возможностью объединения первой оптической частотной гребёнки, которая действует в качестве сигнала, и второй оптической частотной гребёнки, которая действует в качестве гетеродина, в пучок двойной гребёнки;

- делитель пучка, выполненный с возможностью разделения пучка двойной гребёнки на измерительный пучок двойной гребёнки и опорный пучок двойной гребёнки;

- среду оптического измерения, в которой выполняется оптическое измерение с использованием измерительного пучка двойной гребёнки таким образом, что измерительный пучок двойной гребёнки изменяется в результате оптического измерения; и

- по меньшей мере один фотодетектор, выполненный с возможностью приема опорного пучка двойных гребёнок и измерительного пучка двойных гребёнок, измененного в результате оптического измерения, и генерирования РЧ- или микроволновых гетеродинных сигналов.

16. Устройство по п. 9, дополнительно содержащее:

лазерный механизм синхронизации, выполненный с возможностью синхронизации частот по меньшей мере одного компактного лазера с непрерывным излучением с соответствующими резонансными частотами по меньшей мере одного оптического микрорезонатора.

17. Устройство по п. 16, в котором

лазерный механизм синхронизации является лазерным диодным механизмом синхронизации, основанным на инжекционной синхронизации путём ввода света, рассеянного в обратном направлении в по меньшей мере одном оптическом микрорезонаторе, назад в по меньшей мере один компактный лазер с непрерывным излучением.

18. Устройство для гетеродинного детектирования, содержащее источник двойной оптической гребёнки на основе оптических микрорезонаторов, причём источник содержит:

- по меньшей мере один оптический микрорезонатор, выполненный из материала, имеющего зависящий от интенсивности показатель преломления;

- по меньшей мере один компактный лазер с электрооптически модулированным непрерывным излучением для генерирования боковых полос, соответствующих резонансным частотам мод, ответственных за генерирование оптических частотных гребёнок, и направляемые для взаимодействия по меньшей мере с одним оптическим микрорезонатором, таким образом, чтобы обеспечить генерирование первой оптической частотной гребёнки и второй оптической частотной гребёнки, причём каждая из первой оптической частотной гребёнки и второй оптической частотной гребёнки имеет множество мод, разнесённых на первое значение и второе значение частоты, соответственно, причём первое значение и второе значение являются отличными друг от друга;

- по меньшей мере один оптический элемент связи, выполненный с возможностью ввода излучения из упомянутого по меньшей мере одного компактного лазера с непрерывным излучением в упомянутый по меньшей мере один оптический микрорезонатор; и

- по меньшей мере один оптический элемент связи, выполненный с возможностью вывода луча, содержащего первую оптическую частотную гребёнку и вторую оптическую частотную гребёнку, из упомянутого по меньшей мере одного оптического микрорезонатора.

19. Устройство по п. 18, в котором

оптические микрорезонаторы расположены один под другим, имеют общую ось вращения и выполнены из одного кристалла.

20. Устройство по п. 18, в котором

упомянутый по меньшей мере один оптический элемент связи, выполненный с возможностью ввода излучения от упомянутого по меньшей мере одного компактного лазера с непрерывным излучением в упомянутый по меньшей мере один оптический микрорезонатор, содержит по меньшей мере одно коническое волокно, выполненное с возможностью контактирования с упомянутым по меньшей мере одним оптическим микрорезонатором своей узкой частью.

21. Устройство по п. 18, в котором

упомянутый по меньшей мере один оптический элемент связи, выполненный с возможностью ввода излучения от по меньшей мере одного компактного лазера с непрерывным излучением в упомянутый по меньшей мере один оптический микрорезонатор, содержит оптическую призму связи, клиновидный делитель пучка, введённый наполовину в лазерный луч, выполненный с возможностью разделения лазерного луча путём отклонения его части на определённый угол, и фокусирующую линзу, выполненную с возможностью фокусирования лазерного луча до того, как он попадает в оптическую призму связи.

22. Устройство по п. 18, в котором

упомянутый по меньшей мере один оптический микрорезонатор и/или упомянутый по меньшей мере один компактный лазер с непрерывным излучением и/или упомянутый по меньшей мере один оптический элемент связи интегрированы на общем полупроводниковом чипе.

23. Устройство по п. 18, дополнительно содержащее:

- делитель пучка, выполненный с возможностью разделения первой оптической частотной гребёнки, которая действует в качестве сигнала, на измерительную оптическую частотную гребёнку и опорную оптическую частотную гребёнку;

- среду оптического измерения, в которой выполняется оптическое измерение с использованием измерительной оптической частотной гребёнки таким образом, что измерительная оптическая частотная гребёнка изменяется в результате оптического измерения;

- по меньшей мере один объединитель пучка, выполненный с возможностью объединения второй оптической частотной гребёнки с опорной оптической частотной гребёнкой и измерительной оптической частотной гребёнкой, которая изменена в результате оптического измерения, таким образом, чтобы сгенерировать два объединенных пучка двойных гребёнок;

- по меньшей мере один фотодетектор, выполненный с возможностью приема объединенных пучков двойных гребёнок и генерирования РЧ- или микроволновых гетеродинных сигналов.

24. Устройство по п. 18, дополнительно содержащее:

- объединитель пучка, выполненный с возможностью объединения первой оптической частотной гребёнки, которая действует в качестве сигнала, и второй оптической частотной гребёнки, которая действует в качестве гетеродина, в пучок двойной гребёнки;

- делитель пучка, выполненный с возможностью разделения пучка двойной гребёнки на измерительный пучок двойной гребёнки и опорный пучок двойной гребёнки;

- среду оптического измерения, в которой выполняется оптическое измерение с использованием измерительного пучка двойной гребёнки таким образом, что измерительный пучок двойной гребёнки изменяется в результате оптического измерения;

- по меньшей мере один фотодетектор, выполненный с возможностью приема опорного пучка двойной гребёнки и измерительного пучка двойной гребёнки, измененного в результате оптического измерения, и генерирования РЧ- или микроволновых гетеродинных сигналов.