CN101621178B - 激光器自动锁模控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光器自动锁模控制器，由温度控制模块、光功率检测模块等构成。温度控制模块通过CPU主板连接主激光器和从激光器，主激光器发出的光经环形器注入从激光器，光功率检测模块连接环形器，并通过CPU主板与温度控制模块相连。温度控制模块自动改变主激光器或从激光器的工作温度，从而改变主激光器或从激光器的波长，光功率检测模块对注入后从激光器的输出光功率进行实时检测，当检测到功率发生突变时，即为锁模状态。本发明改变模式锁定的判定依据为注入后从激光器的输出光功率突变，使锁模过程自动化，克服了人工手动锁模过程中存在的操作繁琐而且准确度很低的缺陷，并且不需要借助光谱仪和电谱仪分析，降低了应用成本。

Description

激光器自动锁模控制器

技术领域

本发明涉及半导体激光器模式锁定技术领域，特别是涉及一种控制半导体激光器自动锁模产生毫米波的装置。

背景技术

目前，采用第三代移动通信技术的无线通信传输数据率最高为10Mbps，未来无线通信技术的必然趋势是更高频段的毫米波通信，但是毫米波通信存在一个技术瓶颈，即毫米波在空间传输的衰减很大、传播距离很短，为了解决这个技术瓶颈，RoF(Radio over Fiber，无线信号的光纤传输)技术应运而生。RoF技术的关键就是如何产生毫米波信号。

目前产生毫米波信号的主要方法是光外差法，用光外差法产生一个具有相关双纵模的光信号，其模间距为毫米波频率，在基站用光电二极管接收该光信号，经过拍频即可得到毫米波信号。

目前采用光外差法产生双纵模的一种方法是采用FP(Fabry-Perot，法布里-珀罗腔)激光器双模注入锁模产生双纵模，此方法产生的毫米波的相位噪声低，且实现结构较简单。注入锁模的原理是，把一个激光器发出的光注入到另一个激光器中，其中，被注入的激光器称为从激光器，另一个激光器称为主激光器，如果两个激光器自由工作时的波长足够近(近似对准，波长差通常在皮米量级)，而且主激光器的光功率足够大，那么从激光器的波长将等于主激光器的波长，同时两个激光器输出的相位差保持不变，这种现象就是注入锁模。

现有技术的一种双模注入锁模产生双纵模的系统结构图见图1，主激光器为单模激光器，从激光器为多模FP激光器，主激光器发出的光经过环形器注入到FP激光器后，FP激光器输出的光再经环形器输入到光耦合器，经光耦合器分束，一束光被光谱仪检测，另一束光经过PIN管(Positive Intrinsic-Negative photo-detector，光电检测管)被电谱仪检测。FP激光器的纵模间隔为f，如果要产生频率为f的毫米波，需要通过光强调制器和光滤波器对主激光器进行调制和滤波，得到频率差为f的两个调制边带，然后调节主激光器或FP激光器的波长，使得主激光器的频率差为f的两个调制边带与FP激光器的某两个相邻的纵模正好分别满足注入锁模条件，那么注入后FP激光器输出的光中只剩两个模式，实现双模锁模，把注入后FP激光器输出的光中两个相关纵模进行拍差，就可以得到频率为f而且相位噪声较小的毫米波。

目前锁模过程本身需要反复的手动操作，不断地调节主激光器或FP激光器的波长，使得两个激光器的输出模式满足注入锁模条件，才能实现锁模，还需要借助光谱仪和电谱仪来观察和确定锁模状态，这样不但操作繁琐而且准确度很低，加之光谱仪的成本较高，体型庞大，不易进行系统集成，从而不利于RoF系统的实际应用。

发明内容

为了清楚理解本发明，对下文中用到的名词进行说明：

“注入后从激光器的输出光”是指主激光器发出的光注入到从激光器后，从激光器输出的光；

本发明要解决的技术问题在于提供一种激光器自动锁模控制器，以克服现有技术中锁模过程操作繁琐、准确度低以及应用成本高的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明的技术放案为提供一种半导体激光器自动锁模控制器，该控制器包括温度控制模块、电流控制模块、光功率检测模块、CPU(Central Processing Unit，中央处理器)主板、外设等，该控制器连接主激光器(单模激光器)和从激光器(多模FP激光器)，主激光器发出的光通过环形器注入到从激光器中。

其中，温度控制模块通过CPU主板连接主激光器和从激光器，用于自动改变主激光器或从激光器的工作温度，从而改变主激光器或从激光器的波长，温度控制模块还通过CPU主板连接外设，用于接收外设输入的温度控制信号来设定主激光器或从激光器的工作温度，使激光器稳定地工作在设定的温度上。温度控制模块还可对主激光器或从激光器的工作温度进行实时检测。

其中，电流控制模块通过CPU主板连接外设、主激光器和从激光器，用于接收外设输入的电流控制信号来设定主激光器或从激光器的工作电流，使激光器稳定地工作在设定的工作电流上。电流控制模块还可对主激光器或从激光器的工作电流进行实时检测。

其中，光功率检测模块与环形器相连，注入后从激光器的输出光经环形器输入到光功率检测模块，该模块用于实时检测注入后从激光器的输出光功率，此模块通过CPU主板连接温度控制模块，用于把注入后从激光器的输出光功率的检测信号送入CPU主板进行处理，处理结果反馈到温度控制模块，当检测信号变化量达到功率突变阈值时实现锁模，此时，温度控制模块保持主激光器和从激光器当前的工作温度。

其中，温度控制模块自动改变主激光器或从激光器的工作温度具体是通过自动改变主激光器或从激光器中设定的基准温度来实现的。

其中，光功率检测模块具体可采用PIN管，用于对注入后从激光器的输出光功率进行实时检测。

其中，外设具体可采用键盘、手轮或旋钮，用于通过CPU主板向温度控制模块或电流控制模块输入温度控制信号或电流控制信号。

本发明激光器自动锁模控制器还可包括显示器，通过CPU主板连接所述温度控制模块、电流控制模块和光功率检测模块，用于显示通过所述温度控制模块、电流控制模块或光功率检测模块得到的主激光器或从激光器的工作温度、工作电流、注入后从激光器的输出光功率或锁模状态。显示器具体可为LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示)显示器。

作为本发明的进一步改进，增加偏振态控制模块，该模块连接环形器和光功率检测模块，对注入后从激光器的输出光的偏振态进行控制。

附图说明

图1是现有技术的一种双模注入锁模产生双纵模的系统结构图；

图2是本发明实施例的一种注入后从激光器的输出光功率与主激光器波长的关系图；

图3是本发明实施例的一种激光器自动锁模控制器的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

半导体激光器本身的温度控制原理如下：半导体激光器对温度的变化是敏感的，温度的变化使激光器的输出波长发生漂移，也使激光器的输出功率出现波动。一般来说，温度控制是由热敏电阻和半导体制冷器共同配合实现的，半导体激光器中设定有基准温度，热敏电阻用于探测激光温度，将热敏电阻探测到的激光温度与半导体激光器中设定的基准温度比较，得到一个误差信号，根据这个误差信号自动控制制冷器上电流的大小，从而保持激光器在恒定的温度下工作。

本发明激光器自动锁模控制器的温度控制原理是，根据半导体激光器本身的温度控制原理，通过温度控制模块自动改变半导体激光器中设定的基准温度，增加或减小热敏电阻探测到的激光温度与半导体激光器中设定的基准温度之间的误差信号，就可以改变半导体激光器的工作温度，从而改变半导体激光器的工作波长，通过控制半导体激光器的工作温度达到控制半导体激光器的波长的目的。

本发明激光器自动锁模控制器对锁模状态的判定原理是，本发明的实验数据表明，锁模状态的实现和注入后从激光器的输出光功率有着密切的联系。典型的注入后从激光器的输出光功率与主激光器输出光的波长之间的变化关系图见图2，横轴表示主激光器的波长(单位：nm)，纵轴表示注入后从激光器的输出光功率(单位：dBm)，在主激光器发出的光注入到FP从激光器之前，主激光器的功率为4.5dBm，FP从激光器的纵模间隔为60GHz，工作温度为25℃，工作电流为39.29mA，功率为-0.17dBm。随着主激光器波长逐渐减小，注入后从激光器的输出光功率出现波动，当出现模式锁定时，注入后从激光器的输出光功率发生突变，随着主激光器波长继续减小，出现失锁。根据上述原理，只要通过检测注入后从激光器的输出光功率，判断功率突变点，即可自动判断模式锁定状态。

本发明实施例的一种激光器自动锁模控制器的结构图见图3，该控制器中，温度控制模块和电流控制模块连接在CPU主板上，CPU主板连接主激光器和从激光器，主激光器发出的光经环形器注入到从激光器，环形器输出的注入后从激光器的输出光经PIN管检测后把功率检测信号送到CPU主板进行处理，处理结果反馈到温度控制模块。此外，CPU主板还接有外设和LCD显示器。本实施例的激光器自动锁模控制器通过外设输入温度控制信号或电流控制信号，温度控制模块接收外设输入的温度控制信号，设定主激光器或从激光器的初始工作温度，使主激光器或从激光器稳定地工作在设定的工作温度上，并对主激光器或从激光器的工作温度进行实时检测，电流控制模块接收外设输入的电流控制信号，设定主激光器或从激光器的初始工作电流，使主激光器或从激光器稳定地工作在设定的工作电流上，并对主激光器或从激光器的工作温度进行实时检测，然后温度控制模块自动改变主激光器或从激光器中设定的基准温度来改变主激光器或从激光器的工作温度，从而改变主激光器或从激光器的波长，PIN管对注入后从激光器的输出光功率进行实时检测，检测信号送入CPU主板进行处理，当检测信号变化量达到功率突变阈值时实现锁模，此时，温度控制模块保持主激光器和从激光器当前的工作温度，即保持当前的锁模状态，直到外设输入新的控制信号。

作为本实施例的进一步改进，在环形器和PIN管之间增加偏振态控制模块，对注入后从激光器的输出光的偏振态进行控制。本发明发现当主激光器和从激光器模式锁定时，若改变注入后从激光器的输出光的偏振态，则同样会发生锁定和失锁现象，并且在模式锁定的瞬间，注入后从激光器的输出光功率也会发生突变，所以同样可以利用功率突变这一现象对注入后从激光器的输出光的偏振态进行控制。

本实施例激光器自动锁模控制器具有自动锁模、温度控制、电流控制、功率检测和偏振态控制功能。该激光器自动锁模控制器判定锁模的依据为注入后从激光器的输出光功率发生突变，使锁模过程自动化，克服了人工手动锁模过程中存在的操作繁琐而且准确度很低的缺陷，并且不需要借助光谱仪和电谱仪分析，降低了应用成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种激光器自动锁模控制器，其特征在于，所述控制器包括：

温度控制模块，通过CPU主板连接主激光器和从激光器，用于自动改变主激光器或从激光器的工作温度，从而改变主激光器或从激光器的波长，通过CPU主板连接外设，用于接收外设输入的温度控制信号来设定主激光器或从激光器的工作温度；

电流控制模块，通过CPU主板连接外设、主激光器和从激光器，用于接收外设输入的电流控制信号来设定主激光器或从激光器的工作电流；

光功率检测模块，连接环形器，注入后从激光器的输出光经环形器输入到光功率检测模块，所述光功率检测模块用于实时检测注入后从激光器的输出光功率，通过CPU主板连接温度控制模块，用于把所述注入后从激光器的输出光功率的检测信号送入CPU主板进行处理，处理结果反馈到温度控制模块，当检测信号变化量达到功率突变阈值时实现锁模，此时，温度控制模块保持主激光器和从激光器当前的工作温度；

所述温度控制模块自动改变主激光器或从激光器的工作温度是通过自动改变主激光器或从激光器中设定的基准温度来实现的。

2.如权利要求1所述的激光器自动锁模控制器，其特征在于，所述温度控制模块对主激光器或从激光器的工作温度进行实时检测，所述电流控制模块对主激光器或从激光器的工作电流进行实时检测。

3.如权利要求1所述的激光器自动锁模控制器，其特征在于，所述光功率检测模块采用PIN管对注入后从激光器的输出光功率进行实时检测。

4.如权利要求1所述的激光器自动锁模控制器，其特征在于，所述外设包括键盘、手轮和旋钮，向温度控制模块或电流控制模块输入温度控制信号或电流控制信号。

5.如权利要求1所述的激光器自动锁模控制器，其特征在于，所述控制器还包括：

显示器，通过CPU主板连接所述温度控制模块、电流控制模块、和光功率检测模块，用于显示通过所述温度控制模块、电流控制模块或光功率检测模块得到的主激光器或从激光器的工作温度、工作电流、注入后从激光器的输出光功率或锁模状态。

6.如权利要求1至5任一项所述的激光器自动锁模控制器，其特征在于，所述控制器还包括偏振态控制模块，连接环形器和光功率检测模块，对注入后从激光器的输出光的偏振态进行控制。

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