CN102299472B - 光频率精密可调谐激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光频率精密可调谐激光器，包括依次安装在激光腔内的激光增益介质、腔内准直透镜、有源光相位调制器、可调谐声光滤波器和腔内全反镜，还包括：有源偏振旋光器、偏振分束器、两个光学标准具、安装在光学标准具上的温度控制系统、两个全反射镜、射频信号源、激光泵浦源、有源光相位调制器的驱动源和有源偏振旋光器的驱动源及激光器驱动控制电路。本发明设计合理，通过在光学标准具上安装温度控制系统实现了在宽频谱范围内光频率调谐精度小于1GHz和窄频谱带宽的稳定激光输出，大大降低了为实现光频率精密可调谐激光器对可调谐光滤波器的窄带滤波的要求，具有无机械移动部件、性能稳定可靠、成本低、尺寸小、易于安装及生产等特点。

Description

光频率精密可调谐激光器
技术领域
本发明属于光电子领域，尤其是光频率精密可调谐激光器。
背景技术
在外腔式可调谐激光器中，通常有以下三种调谐技术。第一种调谐技术是通过精密步进马达带动光栅的旋转来进行调谐的，这种技术的主要缺点有以下几个方面：一是为实现光频率的精密调谐，对步进马达的步进精度和重复性要求很高，因此制造成本比较高；二是由于采用步进马达，不易做到小型化；三是在恶劣工作环境下的工作稳定性比较差，特别是抗各类机械振动的能力比较差。由于存在上述几个方面的问题，因此，采用这种技术的可调谐激光器只适合用于实验室工作环境中使用。第二种调谐技术是利用可调谐声光滤波器进行调谐，这种技术的优点是调谐速度快，没有机械移动部件，可以做到小型化，缺点是调谐精度不高和滤波带宽比较宽，因此，单纯采用这种技术的可调谐激光器只适合用于对调谐精度和输出带宽不高的应用中。第三种调谐技术是利用光栅或激光谐振腔中的其他光学滤波器件，如光学标准具等的透射光频率随温度漂移的特点进行调谐，这种调谐技术的优点是调谐精度高和输出光的光谱带宽比较窄，缺点是速度比较慢，特别是在要求调谐光谱范围宽的情况下，这个缺点尤为明显，例如：光学滤波器件的温度漂移系数是0.02纳米/度，其要求的光频谱范围是20纳米，温度调节范围是100度，这在实际应用中是很难实现的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种性能稳定、低成本、尺寸小且易于生产及安装的光频率精密可调谐激光器。
本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种光频率精密可调谐激光器，包括安装在激光增益介质上的激光腔端面镜和依次安装在激光腔内的激光增益介质、腔内准直透镜、有源光相位调制器、可调谐声光滤波器和腔内全反镜，还包括：
一个有源偏振旋光器，放置在可调谐声光滤波器后，接收经可调谐声光滤波器两次衍射的光束，控制入射的线偏振光的偏振方向；
一个偏振分束器，放置在有源偏振旋光器后，对入射的平行偏振光全透射，而对入射的垂直偏振光反射到与入射光成90度的方向上；
第一光学标准具和第一全反射镜，放置在与可调谐声光滤波器两次衍射光束的光轴相垂直的方向上，接收从偏振分束器输出的垂直偏振光并输出到第一全反射镜，第一全反射镜与激光腔端面镜构成第一激光谐振子腔，可调谐声光滤波器二次衍射的光线在第一激光腔中形成激光振荡，在第一光学标准具上安装有用于调节其温度的第一温度控制系统；
第二光学标准具和第二全反射镜，放置在可调谐声光滤波器两次衍射光束的光轴方向上，接收从偏振分束器输出的平行偏振光并输出到第二全反射镜，第二全反射镜与激光端面镜构成第二激光谐振子腔，可调谐声光滤波器二次衍射的光线在第二激光腔中形成激光振荡，在第二光学标准具上安装有用于调节其温度的第二温度控制系统；
一个射频信号源，用于提供给可调谐声光滤波器射频能量并通过改变射频频率来调节激光谐振腔的振荡波长；
激光泵浦源、有源光相位调制器的驱动源和有源偏振旋光器的驱动源及激光器驱动控制电路。
而且，所述的第一温度控制系统由一个直接固定在第一光学标准具上的小型热电致冷器及其驱动电路、一个温度传感器及其控制电路和闭环控制电路构成；所述的第二温度控制系统由一个直接固定在第二光学标准具上的小型热电致冷器及其驱动电路、一个温度传感器及其控制电路和闭环控制电路构成。
而且，所述的第一光学标准具和上述第二光学标准具具有相同的锐度系数；所述的第一光学标准具、第二光学标准具具有与激光增益介质相同的光谱范围，上述第一光学标准具和第二光学标准具的透射光谱峰值间隔均为50GHz，第二光学标准具的透射光谱峰值频率与第一光学标准具的透射光谱峰值频率相差为25GHz。
而且，所述的第一全反射镜、第二全反射镜和腔内全反镜为以下几种类型的反射镜之一：平面镜、凸面镜和凹面镜；所述的第一全反射镜、第二全反射镜和腔内全反镜具有与激光增益介质相同的光谱范围。
而且，所述的激光腔端面镜是在指定光谱范围内的全反镜或或部分反射镜，所述的激光腔端面镜具有与激光增益介质相同的光谱范围。
而且，所述的可调谐声光滤波器包括一个声光晶体和一个声波换能器。
而且，所述的可调谐声光滤波器为窄带光滤波器，该可调谐声光滤波器的光谱范围与激光增益介质的光谱范围相同，且其滤波光谱的FWHM不大于第一光学标准具或第二光学标准具透射光谱峰值频率的二倍。
而且，所述的有源光相位调制器是以下几种类型之一：电光相位调制器，或者是磁光相位调制器，或者是液晶相位调制器，或者是声光相位调制器，或者是基于物理光学效应的其他形式的相位调制器，或者是上述相位调制器的组合并具有与激光增益介质相同的光谱范围。
而且，所述的有源偏振旋光器是以下几种类型之一：电光有源偏振旋光器，或者是磁光有源偏振旋光器，或者是液晶有源偏振旋光器，或者是声光有源偏振旋光器，或者是基于物理光学效应的其他形式的有源偏振旋光器，或者是上述有源偏振旋光器的组合并具有与激光增益介质相同的光谱范围。
而且，所述的激光器驱动控制电路包括：数字信号微处理器、四个数模转换模块、激光泵浦源、有源光相位调制器驱动源、可调谐声光滤波器驱动源、有源偏振旋光器驱动源、第一温度控制系统和第二温度控制系统，数字信号微处理器接收外部指令信号指令并通过激光泵浦源、有源光相位调制器驱动源、可调谐声光滤波器驱动源、有源偏振旋光器驱动源、第一温度控制系统和第二温度控制系统分别实现对激光增益介质、有源光相位调制器、可调谐声光滤波器、有源偏振旋光器的驱动控制功能和对第一光学标准具、第二光学标准具的温度控制功能。
本发明的优点和积极效果是：
本发明设计合理，其采用了具有光频率飘移补偿的窄带可调谐声光滤波器、有源偏振旋光器、偏振光分束镜、两个透射光谱峰值间隔同为50GHz的光学标准具和两个全反射镜构成两个激光谐振腔的子腔，并利用光学标准具的透射光谱峰值随温度漂移的特性通过安装温度控制系统，实现了在宽频谱范围内光频率调谐精度小于1GHz和窄频谱带宽的稳定激光输出，不仅降低了对可调谐声光滤波器的滤波带宽的要求，将适用于输出为50GHz频谱间隔的可调谐声光滤波器和透射光谱间隔为50GHz的光学标准具来实现频谱间隔为25GHz的快速可调谐，降低了对光学标准具透射光谱峰值频率间隔密度的要求，从而大大降低了可调谐声光滤波器和光学标准具的制作难度，而且，使得利用光学标准具的透射光谱峰值随温度漂移进行温度调谐的光频率范围缩小到25GHz，从而，大大加快了调谐速度。本发明具有无机械移动部件、性能稳定可靠、成本低廉、尺寸小、易于安装及生产等特点，可满足对于要求尺寸小和极端工作环境下的可靠运行，并且在光学测试、光纤通讯、生物、医疗器械和光纤传感器网络等其他领域中也有着广泛的应用。
附图说明
图1是现有的一种普通可调谐声光滤波器的示意图；
图2是现有的一种实现频率偏移补偿的可调谐声光滤波器示意图；
图3是在声光晶体中一次衍射和二次衍射的入射光束、声波场和衍射光束的波矢关系图；
图4是一种采用了可调谐声光滤波器和单一光标准具的外腔式可调谐激光器的结构示意图；
图5是一种采用两个光学标准具、有源偏振旋光器和偏振光分束镜的外腔式可调谐激光器的结构示意图；
图6是利用一个有源偏振旋光器和一个偏振光分束镜进行激光谐振模切换的装置示意图；
图7是显示了图6装置中平行光偏振光束的传输路径示意图；
图8是显示了图6装置中垂直光偏振光束的传输路径示意图；
图9是第一光学标准具和第二光学标准具的透射光谱示意图，其中图9-1是第一光学标准具的透射光谱，其间隔为50GHz，图9-2是第二光学标准具的透射光谱，其间隔为50GHz，但透射光谱峰值频率和第一光学标准具的透射光谱峰值频率相差为25GHz；
图10是透射光谱间隔为25GHz的可调谐激光器输出光谱示意图；
图11是本发明的结构示意图；
图12是利用温度进行光频率调谐的可调谐激光器输出光谱示意图；
图13是安装在两个光标准具的温度控制系统的控制原理图；
图14是第一温度控制系统的控制结构原理图；
图15是第二温度控制系统的控制结构原理图；
图16是本发明的激光驱动控制电路的原理框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
图1显示了一种普通的可调谐声光滤波器100。该可调谐声光滤波器100包括换能器22、射频信号源20、声光晶体26，换能器20安装在声光晶体上，入射光束2以布拉格角入射到声光晶体26，产生零级衍射光束4和一级衍射光束6。
声光滤波器的工作原理是基于一种叫做布拉格衍射的现象。布拉格衍射涉及了光子(光能的量子)和声子(声能的量子)的相互作用过程。在这个互作用的过程中，能量和动量都是守恒的。动量守恒要求
Figure BDA0000075170990000051
其中
Figure BDA0000075170990000052
是衍射光子的动量，
Figure BDA0000075170990000053
是入射光子的动量，
Figure BDA0000075170990000054
是互作用的声子的动量。约分去掉
Figure BDA0000075170990000055
后得到：κd＝κi+κs，这就给出了布拉格衍射最基本的波矢等式，它表明了衍射光的波矢是入射光波矢与声波波矢的矢量和，如图3-1所示。
能量守恒要求
Figure BDA0000075170990000056
其中ωr是衍射光的角频率，ω是入射光的角频率，Ω是声波的角频率。约分去掉
Figure BDA0000075170990000057
后得到：ωr＝ω+Ω。这表明衍射光子的角频率被声波的角频率轻微改变，即光线的频率产生了多普勒频移。
声光可调谐滤波器(AOTF)是一种固态的、可采用电调谐的带通光滤波器。与传统的技术相比，AOTF提供了连续、快速的调节能力和窄的光谱带宽。声光滤波器有两种类型：共线型与非共线型。其中具有高射频频率的非共线型和非近轴滤波器可以实现窄带滤波。然而根据上面的公式，ωr＝ω+Ω，公式表明光波频率偏移的大小等于声波的频率。
尽管因为光线频率和声波频率相差很多个数量级，从而产生的偏移量很小，但是在一些激光器系统中还是会引起不稳定的运行。这个问题的一个解决办法是使用两个AOTF，其中第二个AOTF用来抵消第一个AOTF所带来的频率偏移；另一个解决办法是在同一个声光晶体上使用两个换能器。但是这些解决办法都有几个缺点：1、增加了系统的体积；2、使得光学对准更为困难；3、引起运行的不稳定性；4、增加成本，对大批量生产来说尤为重要。
图2显示了一种可以有效消除频率偏移的可调谐声光滤波器200，该可调谐声光滤波器200包括换能器22、声光晶体26、射频信号源20、全反射镜28，入射光束2以布拉格角入射到声光晶体26，产生零级衍射光束4和一级衍射光束6，一级衍射光束6经全反射镜经声光晶体26后产生零级衍射光束10和一级衍射光束12。
图3-1和图3-2分别显示了入射光(κi)、衍射光(κd)和声波(κs)的波矢关系。正如上面提到的，κi±κs＝κd这个关系永远成立，使用加号(+)还是减号(-)由入射声波的方向决定。在图3-1中，光线2(κ2)、光线6(κ6)和声波24(κs)的关系是：κ2+κs＝κ4。声波κs不仅仅使得衍射光的方向向上偏移，光线的角频率ω也向上偏移了Ω＝vs|κs|，其中vs是声波的速度。在图3-2中，光线8(κ8)、光线12(κ12)和声波24(κs)的关系是：κ5-κs＝κ12。在这种情况下，声波使得衍射光的方向向下偏移，并且将第二次衍射的光线12的角频率ω也向下偏移了vs|κs|。因为向上和向下的偏移量基本相同，当光线12从声光滤波器200中射出时，整体频率偏移被充分的消除了。
在一些具体实施中，例如需要窄带调节时，采用的声光晶体是各向异性并有双折射特性。其中一种物质为二氧化碲(TeO2)，由于其运行在剪切模式时具有高光学均匀性、低光吸收度和耐高光功率能力的特点，广泛使用于这类应用中。其他物质例如铌酸锂(LiNbO3)、磷化镓(GaP)和钼酸铅(PbMoO4)也经常用于各种声光器件中。影响选择特定物质的因素有很多，下面仅列出几种，如：声光器件的类型、高质量晶体是否容易获得以及应用的类型和需求，例如衍射效率功率损耗、入射光与衍射光的分散度和整体器件的大小等。
图4显示了一种采用单一光学标准具和如图2所示的可调谐声光滤波器的外腔式可调谐激光器300。该可调谐激光器300包括直接镀在激光增益介质34上的激光腔端面镜32、激光增益介质34、腔内准直透镜36、有源光相位调制器40、可调谐声光滤波器100、腔内全反镜28、光学标准具42、全反镜44。其中，激光腔端面镜32和全反镜44构成了激光谐振腔。
激光输出镜通常对不同波长或颜色光的反射率不同，这里提到的反射率是与激光器运行的波长带宽相对应的反射率。激光腔端面镜32可以根据不同的情况，采用部分反射镜或全反镜。如果激光增益介质是半导体增益介质时，由于一般都有比较大的输出分散角，因此，可调谐激光器300的腔内准直透镜一般是针对激光增益介质是半导体增益介质时使用。当激光增益介质是气体、液体或有些固体介质时，一般不用腔内准直透镜，而是采用非平面腔镜以实现腔内光束的合理分布。当这类激光器用于光纤通讯时，需要将输出光束4藕合到光纤中，准直透镜38是必不可少的。
在可调谐激光器300中，由激光增益介质34发出的宽带荧光光束36经腔内准直透镜38准直后的光束2透过有源光相位调制器40，以布拉格角进入声光晶体26，被衍射后的一级衍射光6以布拉格角入射到腔内全反镜28，反射后的光束8又以布拉格角进入声光晶体26。被衍射后的一级衍射光12经光学标准具42后由全反镜44反射回激光腔内，在激光腔内形成激光振荡和放大。在这个过程中，光束4和10分别作为激光腔内光束2，8的零级衍射光束；光束13作为光束12的反射光束的零级衍射光束成为激光腔内的损耗，光束4因其具有最大的能量被选择作为激光输出光束。光束10和13可用于监控激光腔内的光功率和波长。
正如前面分析的，由于第一次衍射光波长偏移和第二次衍射所产生的光波长偏移正好相反，因此，可调谐声光滤波器100在可调谐激光器300中的结构中所造成的光波长偏移为零。又由于经可调谐声光滤波器100的两次衍射，因此，在激光腔内形成了比一次衍射带宽更窄的激光振荡。
激光输出调谐是通过有源光相位调制器40和可调谐声光滤波器100来实现。改变可调谐声光滤波器的射频信号源20的射频频率，可改变激光腔内的光波谐振频率。根据不同的光波谐振频率，有源光相位调制器40通过调节光波的相位使得某一个特定的光波在激光腔内产生激光振荡和放大。
光学标准具42决定激光器输出频谱的间隔和带宽。采用高锐度系数的光标准具能起到压缩输出光束的频谱带宽和提高边模抑制比。如需要减小激光器输出频谱的间隔，则需要同时减小可调谐声光滤波器100的滤波带宽和减小光标准具42的透射光谱峰值频率的间隔，才能避免发生跳模现象和保证激光器的单模振荡。如激光器的输出频谱的间隔要求为25GHz，不仅需要光标准具42的频谱的间隔为25GHz，还要求可调谐声光滤波器100的滤波带宽的FWHM(频谱半宽度)参数至少小于50GHz。这就大大提高了可调谐声光滤波器100的技术难度和制造成本。光标准具42的技术难度和制造成本也会增加。对于激光增益介质是均匀增益介质的情况下，一般要求可调谐声光滤波器的滤波带宽FWHM值小于2Δf(假设光标准具的透射带宽为Δf)。如果可调谐声光滤波器的滤波带宽大于2Δf，容易形成多模振荡，导致多模输出或跳模现象。对于激光增益介质是非均匀增益介质的情况下，要求可调谐声光滤波器的滤波带宽FWHM值更窄。
图5给出了一种采用两个光学标准具、有源偏振旋光器和偏振光分束镜的外腔式可调谐激光器的结构示意图，该外腔式可调谐激光器400通过采用两个光光学标准具，并放置在两个激光腔的子腔内为解决上述问题的提供了一个方法。该外腔式可调谐激光器400包括直接镀在激光增益介质34上的激光腔端面镜32、激光增益介质34、腔内准直透镜38、有源光相位调制器40、可调谐声光滤波器100、腔内全反镜28、有源偏振旋光器50、偏振分光器52、第一光学标准具62、第一全反射镜64、第二光学标准具56、第二全反射镜58及激光器驱动控制电路。
在可调谐声光滤波器100后安装一个有源偏振旋光器50用于将入射的线偏振光12的偏振方向旋转90度，有源偏振旋光器50后安装偏振分光器52对入射的平行偏振光全透射，而对入射的垂直偏振光反射到与入射光成90度的方向上；在与激光腔内光束12相垂直的方向上安装第一光学标准具62，用于接收从偏振分光器52输出的垂直偏振光60，并输出到第一全反射镜64，第一全反射镜64与激光腔端面镜32构成第一激光谐振子腔。在激光腔内光束12的方向上安装第二光学标准具56，用于接收从偏振分束器52输出的平行偏振光并输出到第二全反射镜58。第二全反射镜58与激光腔端面镜32构成第二激光谐振子腔。可调谐激光器400与可调谐激光器300不同之处在于：可调谐激光器300(图4)中的光标准具34和全反镜36，被换成了由有源偏振旋光器50、偏振光分束镜52、第一光学标准具62、第一全反射镜64、第二光学标准具56和第二全反射镜58组成的双光路系统500，如图6所示。有源偏振旋光器50的功能是改变入射光束12的偏振方向：当有源偏振旋光器处在非工作状态时，入射光束12不改变偏振态，直接通过偏振光分束镜52后，经第二光标准具56后到达第二全反射镜58，再经第二全反射镜58反射回激光腔中，如图7所示。当有源偏振旋光器处在工作状态时，入射光束12的偏振态旋转90度，变成垂直偏振光，通过偏振光分束镜54反射后，经第一光学标准具62到达第二全反射镜64，再经第二全反射镜64反射回激光腔中，如图8所示。由于经第二全反射镜64反射回的光再次通过有源偏振旋光器50后，偏振态再次旋转90度，所以激光器的输出光束偏振方向不变。
因此，通过控制有源偏振旋光器50可以使图5中的可调谐激光器400形成两个激光谐振腔的子腔：第一子腔是由激光腔端面镜32和第一全反射镜64组成，第二子腔是由激光腔端面镜32和第二全反射镜58组成。图9-1、图9-2分别显示了第一光学标准具62和第二光学标准具56的透射光谱。两个第二全光标准具56和62具有相同的透射光谱间隔50GHz和锐度系数，但透射光谱峰值相差25GHz。这样，可调谐激光器400的输出光谱是两个子腔的综合，即可实现25GHz光谱峰值间隔，并且偏振态一致的可调谐激光输出，如图10所示。
外腔式可调谐激光器400中的第一光学标准具62和第二光学标准56具有相同的锐度系数，而且，第一光学标准具62、第二光学标准具56具有与激光增益介质相同的光谱范围，第一光学标准具62和第二光学标准具56的透射光谱峰值间隔均为50GHz，第二光学标准具56的透射光谱峰值频率与第一光学标准具62的透射光谱峰值频率相差为25GHz。对于应用于光纤通讯的这类可调谐激光器，第一光学标准具62的透射光谱峰值应满足国际光通讯标准(ITU GRID)。对于其他的应用，第一光学标准具62的透射光谱峰值可以根据具体应用设计不同的值。而对第二光学标准具的透射光谱峰值和透射光谱峰值间隔也应符合上述条件。
利用可调谐激光器400的结构，只要满足可调谐声光滤波器的滤波带宽FWHM值小于2Δf(假设光学标准具的透射带宽为Δf)，可以实现光频率间隔更密的可调谐输出。例如，第一光学标准具62和第二个光学标准具56透射光谱峰值间隔可以是25GHz，并满足第二光学标准具56的透射光谱峰值频率与第一个光学标准具的透射光谱峰值频率相差为12.5GHz时，可调谐声光滤波器的滤波带宽FWHM值只要满足小于50GHz，可调谐激光器400即可实现光谱频率间隔为12.5GHz的可调谐输出。
一般来说，半导体激光增益介质输出的荧光即是线偏振光。对这类激光增益介质，腔内不需要使用起偏器。对其他输出为非线偏振光的激光增益介质，必须使用起偏器才能使可调谐激光器400实现上述功能。
随着光通讯技术的发展，DWDM光通讯网正向25GHz，甚至光频道密度更高的方向发展。就要求有滤波带宽更窄的可调谐声光滤波器，也使得制作这样的可调谐声光滤波器和要求小型化的可调谐激光器的难度进一步提高，价格更加昂贵。对于一些其它的可调谐激光器的应用，要求激光器的输出光束有更高的可调谐频谱密度，其整体激光器的成本和技术难度将更加提高。因此，可调谐激光器400可在已有的50GHz频谱间隔的外腔式激光器的平台上，提供了一种可以实现25GHz频谱间隔，甚至频谱间隔更小的可调谐输出的新颖方法，并且不显著增加成本和制造难度。
由于光学标准具的透射光谱峰值随温度漂移，在本发明中利用光学标准具的透射光谱峰值随温度漂移的特性，在两个光学标准具上分别安装温度控制系统，实现在宽频谱范围内、窄频谱带宽和精密可调谐的稳定激光输出，不仅降低了对可调谐声光滤波器的滤波带宽的要求，将适用于输出为50GHz频谱间隔的可调谐声光滤波器和透射光谱间隔为50GHz的光学标准具来实现频谱间隔为25GHz的快速可调谐，降低了对光学标准具透射光谱峰值频率间隔密度的要求，从而大大降低了可调谐声光滤波器和光学标准具的制作难度，而且，使得利用光学标准具的透射光谱峰值随温度漂移进行温度调谐的光频率范围缩小到25GHz，大大加快了调谐速度。
本发明是在图5所示的外腔式可调谐激光器400基础上的改进，如图11所示，其在第一光学标准具62和第二光学标准具56上分别安装第一温度控制系统61和第二温度控制系统55构成光频率精密可调谐激光器600。光频率精密可调谐激光器600在外腔式可调谐激光器400的粗调谐的基础上，利用第一光学标准具62和第二光学标准具56的透射光谱随温度漂移的特性，进行精密调谐。如图12所示，由于利用温度进行精密调谐的范围限制在25GHz的光谱范围内，需要控制的温度范围大大减少，有利于提高整体激光器系统的调谐速度。假设光学标准具62和56的透射光谱温度漂移系数为1GHz/℃，则实现25GHz光谱范围调谐的总的温度控制范围为25℃。调谐的精度还取决于温度控制系统61和55分别对控制第一光学标准具62和第二光学标准具56的温度的控制精度。如控制精度为0.5℃，则光频率精密可调谐激光器600的光频率调谐精度可以达到0.5GHz。
当然，调谐的精度还取决于温度控制系统61和55分别对控制第一光学标准具62和第二光学标准具56的温度的控制精度。光频率调谐精度和稳定性还取决于其他因素：如激光器腔的结构稳定性，外界环境温度等的影响等。因此，一般应设计激光器的光学谐振腔使得能保证激光器不受或最大限度地减少外界温度等因素的影响，同时能够保证激光器自身长期工作带来的不稳定因素。只有这样，温度控制系统61和55才能有效地分别对第一光学标准具62和第二光学标准具56的温度进行精确控制，从而，提高光频率精密可调谐激光器600的输出稳定性和调谐精度。
安装在第一光学标准具62和第二光学标准具56上的第一温度控制系统61和第二温度控制系统55分别实现对第一光学标准具62和第二光学标准具56的温度控制功能。如图13所示，第一温度控制系统61和第二温度控制系统55由同一个数字信号处理器(DSP)112进行控制。第一温度控制系统61包括一个热电致冷器(TEC)61-1及其驱动电路61-3，一个温度传感器61-2及其控制电路61-4；第二温度控制系统55包括一个热电致冷器(TEC)55-1及其驱动电路55-3，一个温度传感器55-2及其控制电路55-4，分别如图14和图15所示。
上述光频率精密可调谐激光器600的激光器驱动控制电路如图16所示。该激光器驱动控制电路包括带有嵌入式软件程序的数字信号微处理器(DSP)112、四个数模转换(D/A)设备102、106、110和116、激光泵浦源101、有源光相位调制器驱动源104、射频信号源108、有源偏振旋光器驱动源114、第一温度控制系统61和第二温度控制系统55。带有嵌入式软件程序的数字信号微处理器(DSP)112通过数模转换(D/A)设备102、106、110和116来分别控制激光泵浦源101、有源光相位调制器驱动源104、射频信号源108、有源偏振旋光器驱动源114、第一温度控制系统61和第二温度控制系统55。数字信号微处器(DSP)112也可以接收外部指令来对可调谐激光器600进行控制。
上述说明仅起演示和描述的作用，并不是一个详细无遗漏的说明，也没有意图将本发明限制在所描述的具体形式上。经过上面的描述，对本发明的许多改动和变化都可能出现。所选择的具体实施仅仅是为了更好的解释本发明的原理和实际中的应用。这个说明能够使熟悉此领域的人可以更好的利用本发明，根据实际需要设计不同的具体实施和进行相应的改动。

Claims (10)

1.一种光频率精密可调谐激光器，包括安装在激光增益介质上的激光腔端面镜和依次安装在激光腔内的激光增益介质、腔内准直透镜、有源光相位调制器、可调谐声光滤波器和腔内全反镜，其特征在于：还包括：
一个有源偏振旋光器，放置在可调谐声光滤波器后，接收经可调谐声光滤波器第二次衍射的光束，控制入射的线偏振光的偏振方向；
一个偏振分束器，放置在有源偏振旋光器后，对入射的平行偏振光全透射，而对入射的垂直偏振光反射到与入射光成90度的方向上；
第一光学标准具和第一全反射镜，放置在与可调谐声光滤波器第二次衍射光束的光轴相垂直的方向上，接收从偏振分束器输出的垂直偏振光并输出到第一全反射镜，第一全反射镜与激光腔端面镜构成第一激光谐振子腔，可调谐声光滤波器第二次衍射的光线在第一激光腔中形成激光振荡，在第一光学标准具上安装有用于调节其温度的第一温度控制系统；
第二光学标准具和第二全反射镜，放置在可调谐声光滤波器第二次衍射光束的光轴方向上，接收从偏振分束器输出的平行偏振光并输出到第二全反射镜，第二全反射镜与激光端面镜构成第二激光谐振子腔，可调谐声光滤波器第二次衍射的光线在第二激光腔中形成激光振荡，在第二光学标准具上安装有用于调节其温度的第二温度控制系统；
一个射频信号源，用于提供给可调谐声光滤波器射频能量并通过改变射频频率来调节激光谐振腔的振荡波长；
激光泵浦源、有源光相位调制器的驱动源和有源偏振旋光器的驱动源及激光器驱动控制电路。
2.根据权利要求1所述的光频率精密可调谐激光器，其特征在于：所述的第一温度控制系统由一个直接固定在第一光学标准具上的小型热电致冷器及其驱动电路、一个温度传感器及其控制电路和闭环控制电路构成；所述的第二温度控制系统由一个直接固定在第二光学标准具上的小型热电致冷器及其驱动电路、一个温度传感器及其控制电路和闭环控制电路构成。
3.根据权利要求1或2所述的光频率精密可调谐激光器，其特征在于：所述的第一光学标准具和上述第二光学标准具具有相同的锐度系数；所述的第一光学标准具、第二光学标准具具有与激光增益介质相同的光谱范围，上述第一光学标准具和第二光学标准具的透射光谱峰值间隔均为50GHz，第二光学标准具的透射光谱峰值频率与第一光学标准具的透射光谱峰值频率相差为25GHz。
4.根据权利要求1或2所述的光频率精密可调谐激光器，其特征在于：所述的第一全反射镜、第二全反射镜和腔内全反镜为以下几种类型的反射镜之一：平面镜、凸面镜和凹面镜；所述的第一全反射镜、第二全反射镜和腔内全反镜具有与激光增益介质相同的光谱范围。
5.根据权利要求1或2所述的光频率精密可调谐激光器，其特征在于：所述的激光腔端面镜是在指定光谱范围内的全反镜或部分反射镜，所述的激光腔端面镜具有与激光增益介质相同的光谱范围。
6.根据权利要求1所述的光频率精密可调谐激光器，其特征在于：所述的可调谐声光滤波器包括一个声光晶体和一个声波换能器。
7.根据权利要求1或2或6所述的光频率精密可调谐激光器，其特征在于：所述的可调谐声光滤波器为窄带光滤波器，该可调谐声光滤波器的光谱范围与激光增益介质的光谱范围相同，且其滤波光谱的频谱半宽度不大于第一光学标准具或第二光学标准具透射光谱峰值频率的二倍。
8.根据权利要求1或2所述的光频率精密可调谐激光器，其特征在于：所述的有源光相位调制器是以下几种类型之一：电光相位调制器，或者是磁光相位调制器，或者是液晶相位调制器，或者是声光相位调制器，或者是基于物理光学效应的其他形式的相位调制器，或者是上述相位调制器的组合，并具有与激光增益介质相同的光谱范围。
9.根据权利要求1或2所述的光频率精密可调谐激光器，其特征在于：所述的有源偏振旋光器是以下几种类型之一：电光有源偏振旋光器，或者是磁光有源偏振旋光器，或者是液晶有源偏振旋光器，或者是声光有源偏振旋光器，或者是基于物理光学效应的其他形式的有源偏振旋光器，或者是上述有源偏振旋光器的组合，并具有与激光增益介质相同的光谱范围。
10.根据权利要求1或2所述的光频率精密可调谐激光器，其特征在于：所述的激光器驱动控制电路包括：数字信号微处理器、四个数模转换模块、第一温度控制系统和第二温度控制系统，数字信号微处理器接收外部指令信号并通过激光泵浦源、有源光相位调制器驱动源、可调谐声光滤波器驱动源、有源偏振旋光器驱动源、第一温度控制系统和第二温度控制系统分别实现对激光增益介质、有源光相位调制器、可调谐声光滤波器、有源偏振旋光器的驱动控制功能和对第一光学标准具、第二光学标准具的温度控制功能。
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