CN105591271A - 可宽带线性调频窄线宽激光装置 - Google Patents

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Abstract

一种可宽带线性调频窄线宽激光装置，包括：一激光器；一光分束器，其输入端与激光器的输出端连接；一鉴频器，其输入端与光分束器的输出端连接；一PID控制器，其输出端与激光器的输入端连接，其输入端与鉴频器的输出端连接；一调制器，其输入端口1与光分束器的输出端连接；一可调谐微波源，其输出端与调制器的输入端口2连接；一光滤波器，其输入端与调制器的输出端连接；一光放大器，其输入端与光滤波器的输出端连接；该装置可以解决常用的窄线宽激光器调频范围受限、调频线性度差等问题。利用可调谐微波源对窄线宽激光进行载波抑制单边带调制，实现对窄线宽激光大范围内的线性调频。

Description

可宽带线性调频窄线宽激光装置
技术领域
本发明涉及激光频率调频，特别是一种可宽带线性调频窄线宽激光装置。
背景技术
具有宽带线性调频能力的窄线宽激光光源在合成孔径激光雷达、卫星通信、相干光通信、高分辨率光谱、微波信号的光学产生等前沿学科和高科技领域有重要的应用需求。目前，国内外窄线宽激光器迅速发展，目前窄线宽的半导体激光器线宽已经达到了kHz量级，窄线宽的光纤激光器已经达到了Hz量级。通过直接控制激光器腔内元件，半导体激光器波长调谐范围可达几十乃至上百纳米；利用腔外部调制器或光学锁相的方法可以实现对激光频率快速灵活的操控。但是，在对激光器进行调频时，如何同时保证其激光的窄线宽，并且提高调频速度、调频范围及线性度是一大挑战，故激光宽带线性调频技术具有重要的研究和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提出一种大范围内可线性调频的窄线宽激光装置。该装置可以解决常用的窄线宽激光器调频范围受限、调频线性度差等问题。利用可调谐微波源对窄线宽激光进行载波抑制单边带调制，实现对窄线宽激光大范围内的线性调频。
本发明提供一种可宽带线性调频窄线宽激光装置，包括：
一激光器；
一光分束器，其输入端与激光器的输出端连接；
一鉴频器，其输入端与光分束器的输出端连接，该鉴频器用来跟踪锁定激光器的频率；
一PID控制器，其输出端与激光器的输入端连接，其输入端与鉴频器的输出端连接，所述的PID控制器在环路锁定的带宽范围内纠正激光器频率的波动；
一调制器，其输入端口1与光分束器的输出端连接；
一可调谐微波源，其输出端与调制器的输入端口2连接；
一光滤波器，其输入端与调制器的输出端连接；
一光放大器，其输入端与光滤波器的输出端连接；
所述激光器、鉴频器和PID控制器组合实现窄线宽稳频激光输出；
所述调制器、可调谐微波源和光滤波器对输入的窄线宽激光进行的调制形式是载波抑制单边带调制。
本发明的有益效果如下：
1.利用载波抑制单边带调制直接对窄线宽激光进行移频，可实现大范围内的调频，调频范围与所使用调制器的带宽相关，对于目前的调制器来说，可达数十千兆赫兹(GHz)。
2.利用载波抑制单边带调制对窄线宽激光进行移频，可实现快速稳定的调频。如果通过改变激光器自身的参数(电流或温度)进行调谐，需要数十个振荡周期才能稳定输出，在稳定输出之前会有功率和频率的抖动，这种抖动会导致激光器的线宽展宽，激光器的噪声也会变大。而使用宽带调制器对激光进行载波抑制单边带调制，就可实现快速稳定的移频。
3.利用载波抑制单边带调制对窄线宽激光进行移频，只需控制可调谐微波源输出微波频率随时间线性变化，就可以实现窄线宽激光输出频率的线性可调谐。
附图说明
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：
图1是本发明中一种可宽带线性调频窄线宽激光装置图。
图2是本发明中一种载波抑制单边带调制实现方式的曲线图。
具体实施方式
参阅附图1所示，本发明提出一种可宽带线性调频窄线宽激光装置，包括：
一激光器1，所述的激光器1是半导体激光器或者光纤激光器；
一光分束器2，其输入端与激光器1的输出端连接，所述的光分束器2是空间结构光分束器、光纤结构分束器或者是波导结构的光分束器；
一鉴频器3，其输入端与光分束器2的输出端连接，该鉴频器3用来跟踪锁定激光器的频率；
一PID控制器4，其输出端与激光器1的输入端连接，其输入端与鉴频器3的输出端连接，所述的PID控制器4在环路锁定的带宽范围内纠正激光器1频率的波动；
一调制器5，其输入端口1与光分束器2的输出端连接，所述的调制器5是双平行马赫曾德调制器、马赫曾德调制器、强度调制器、相位调制器或者是上述调制器的组合；
一可调谐微波源6，其输出端与调制器5的输入端口2连接，所述控制可调谐微波源6输出微波频率线性变化，来实现窄线宽激光频率的线性可调谐；
一光滤波器7，其输入端与调制器5的输出端连接，所述的光滤波器7对调制器5输出的已调信号进行滤波，仅保留所需一阶边带，滤除载波及另一一阶边带和高阶边带，所述的光滤波器7包括但不限于：一种通带为高斯形的可调谐光滤波器，其通带的中心波长与需保留的一阶边带的波长保持同步；或者一种通带近似方形的带通光滤波器，使得需保留的一阶边带始终处于其通带内，而载波和另一边带始终处于阻带内；
一光放大器8，其输入端与光滤波器7的输出端连接，所述的光放大器8是半导体光放大器或者掺铒光纤放大器，对移频后的窄线宽激光进行放大；
所述激光器1、鉴频器3和PID控制器4组合实现窄线宽稳频激光输出；
所述调制器5、可调谐微波源6和光滤波器7对输入的窄线宽激光进行的调制形式是载波抑制单边带调制，所述的载波抑制单边带调制保留的边带是一阶上边带或者一阶下边带，所述的载波抑制单边带调制是单频调制，载波抑制单边带调制是将激光器1输出的窄线宽激光移频到一阶边带上，移频距离等于可调谐微波源6输出的微波信号的频率。控制可调谐微波源6输出微波频率线性变化，来实现窄线宽激光频率的线性可调谐。
参阅附图2，示出了一种实现载波抑制单边带调制方式的曲线，其展示了参阅的两种滤波器得到的结果。首先对窄线宽激光进行单频强度调制(图2(a))，然后用两种滤波器分别滤除载波和其他边带，得到图2(b)、图2(c)的图形，仅保留一阶上边带(图2(d))，从而实现移频。图2中的强度调制方式也可以换成相位调制、载波抑制双边带调制、载波抑制单边带调制。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可宽带线性调频窄线宽激光装置，包括：
一激光器；
一光分束器，其输入端与激光器的输出端连接；
一鉴频器，其输入端与光分束器的输出端连接，该鉴频器用来跟踪锁定激光器的频率；
一PID控制器，其输出端与激光器的输入端连接，其输入端与鉴频器的输出端连接，所述的PID控制器在环路锁定的带宽范围内纠正激光器频率的波动；
一调制器，其输入端口1与光分束器的输出端连接；
一可调谐微波源，其输出端与调制器的输入端口2连接；
一光滤波器，其输入端与调制器的输出端连接；
一光放大器，其输入端与光滤波器的输出端连接；
所述激光器、鉴频器和PID控制器组合实现窄线宽稳频激光输出；
所述调制器、可调谐微波源和光滤波器对输入的窄线宽激光进行的调制形式是载波抑制单边带调制。
2.根据权利要求1所述的可宽带线性调频窄线宽激光装置，其中所述的激光器是半导体激光器或者光纤激光器。
3.根据权利要求1所述的可宽带线性调频窄线宽激光装置，其中所述的光分束器是空间结构光分束器、光纤结构分束器或者是波导结构的光分束器。
4.根据权利要求1所述的可宽带线性调频窄线宽激光装置，其中所述的调制器是双平行马赫曾德调制器、马赫曾德调制器、强度调制器、相位调制器或者是上述调制器的组合。
5.根据权利要求1所述的可宽带线性调频窄线宽激光装置，其中所述的载波抑制单边带调制保留的边带是一阶上边带或者一阶下边带。
6.根据权利要求5所述的可宽带线性调频窄线宽激光装置，其中所述的载波抑制单边带调制是单频调制，载波抑制单边带调制是将激光器输出的窄线宽激光移频到一阶边带上，移频距离等于可调谐微波源输出的微波信号的频率。
7.根据权利要求6所述的可宽带线性调频窄线宽激光装置，其中控制可调谐微波源输出微波频率线性变化，来实现窄线宽激光频率的线性可调谐。
8.根据权利要求1所述的可宽带线性调频窄线宽激光装置，其中所述的光滤波器对调制器输出的已调信号进行滤波，仅保留所需一阶边带，滤除载波及另一一阶边带和高阶边带。
9.根据权利要求8所述的可宽带线性调频窄线宽激光装置，其中所述的光滤波器包括但不限于：一种通带为高斯形的可调谐光滤波器，其通带的中心波长与需保留的一阶边带的波长保持同步；或者一种通带近似方形的带通光滤波器，使得需保留的一阶边带始终处于其通带内，而载波和另一边带始终处于阻带内。
10.根据权利要求1所述的可宽带线性调频窄线宽激光装置，其中所述的光放大器是半导体光放大器或者掺铒光纤放大器，对移频后的窄线宽激光进行放大。
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