CN107591673A - 激光器驰豫振荡噪声抑制装置 - Google Patents

Abstract

一种激光器驰豫振荡噪声抑制装置，该装置由源激光器、低噪声参考激光器、第一温度控制器、保偏光纤环形器、第二温度控制器和恒温隔振外壳组成。该装置通过将源激光器与低噪声参考激光器实现注入锁定，实现对源激光器的驰豫振荡噪声抑制，并且通过对低噪声参考激光器输出功率的调节可实现整个激光系统的功率控制。本发明具有光路简单紧凑，易于集成化封装的特点。

Description

激光器驰豫振荡噪声抑制装置

技术领域

本发明涉及激光器噪声抑制，特别是一种激光器驰豫振荡噪声抑制装置。该技术可应用于微波光子学，激光雷达，高分辨率激光光谱等领域。

背景技术

近年来激光技术迅猛发展，随着激光器噪声性能的不断提高，激光器已广泛应用于光学传感，激光雷达等领域。然而，在微波光子学，激光雷达等领域中，对于激光器噪声性能尤其是驰豫振荡噪声特性的要求很高。一般的激光器由于存在驰豫振荡效应，在特定频率处会存在一个驰豫振荡噪声峰，这对很多低噪声单频激光器的应用会产生巨大的影响。因此研究抑制激光器的弛豫振荡噪声技术对于激光器在高精度传感探测领域的应用具有重要的意义。

对于激光器的弛豫振荡噪声抑制技术，通常是采用激光器驱动电流电学反馈的方法进行噪声抑制(参见在先技术1“Intensity noise reduction in a multiwavelengthdributed Bragg reflector fiber laser”,Optics Letters.Vol 31,2015)。其基本原理是通过探测器对激光输出强度进行探测，再通过带宽增益经过合适设计的电学反馈回路，产生闭环控制，对激光器泵源的电流进行负反馈调制来抑制激光器的噪声。但是依靠电学信号反馈调制的强度噪声抑制技术会产生一系列的问题：

1.由于反馈由电学信号完成，电信号的响应比光信号慢得多，因此无法抑制高频段的激光器弛豫振荡噪声，同时也难以将弛豫振荡峰完全消除。

2.需要复杂的反馈电路以及各种伺服反馈电学元件。这些都限制了激光器噪声性能的进一步提高，并给应用带来不便。

为了克服上述电学信号反馈噪声抑制技术带来的问题，Yang Zhongmin等人提出了一种纯粹依靠光学调制的激光器噪声抑制技术(参见在先技术[2]：“All-opticalfrequency and intensity noise suppression of single-frequency fiber laser”,Optics Letters.Vol 40,No 9,1May 2015)。此方法通过在激光器的输出端引入光放大器，利用光放大器的增益饱和作用，将激光器的输出功率实现稳定，抑制激光器的噪声，这种方法的优点是由于其强度反馈调制由光学方法而非电学方法完成，响应快，带宽高，可以在较宽的带宽范围内实现激光器噪声抑制，但这种技术同样难以完全消除激光器的弛豫振荡噪声。

发明内容

本发明的目的在于克服上述在先技术的不足，提供一种激光器驰豫振荡噪声抑制装置，该装置通过将源激光器与低噪声激光器实现注入锁定的基础上，彻底消除源激光器的弛豫振荡效应，并且通过对低噪声参考激光器输出功率的调节可实现整个激光系统的功率控制。本发明具有光路简单紧凑，易于集成化封装的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种激光器驰豫振荡噪声抑制装置，特点在于其结构包括：源激光器、低噪声参考激光器、第一温度控制器、保偏光纤环形器、第二温度控制器和隔温隔振外壳，所述的低噪声参考激光器为A类激光器，无弛豫振荡效应，所述的第一温度控制器和第二温度控制器分别为源激光器和低噪声参考激光器提供温度控制，所述的保偏光环形器的1端口与所述的源激光器的输出端相连，所述的保偏光环形器的2端口与所述的低噪声参考激光器的输出端相连，所述的保偏光环形器的3端口为整个激光系统的激光输出端口，所述的源激光器、低噪声参考激光器、第一温度控制器、保偏光纤环形器和第二温度控制器置于所述的恒温隔震外壳内。

所述的低噪声参考激光器选择为He-Ne激光器或染料激光器。

所述的源激光器具有较大的弛豫振荡噪声，

所述的恒温隔震外壳为整个激光系统提供隔震恒温，以消除环境噪声的干扰。

与在先技术相比，本发明具有以下优点和积极效果：

1、与在先技术[1]相比，本发明的激光器驰豫振荡噪声抑制装置通过将源激光器与低噪声参考激光器注入锁定的方式抑制源激光器的弛豫振荡噪声，整体结构简单且无光电转换模块，整体抑制带宽大幅提高。

2、与在先技术[2]相比，本发明的激光器驰豫振荡噪声抑制装置采用全新的注入锁定技术，将低噪声参考激光器的特性传递到源激光器上，可以完全消除源激光器的弛豫振荡噪声。

附图说明

图1是本发明激光器驰豫振荡噪声抑制装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明进行进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图1是本发明激光器驰豫振荡噪声抑制装置的结构框图。由图可见，本发明激光器驰豫振荡噪声抑制装置，包括源激光器1、低噪声参考激光器2、第一温度控制器3、保偏光纤环形器4、第二温度控制器5和恒温隔振外壳6组成。

所述的低噪声参考激光器2为A类激光器，无弛豫振荡效应，一般可选择He-Ne激光器、染料激光器等。

所述的源激光器1为待抑制弛豫振荡噪声的激光器，一般为光纤激光器，具有较大的弛豫振荡噪声。

所述的第一温度控制器3和第二温度控制器5分别为源激光器1和低噪声参考激光器2提供温度控制。

所述的保偏光环形器4的1端口与源激光器1的输出端相连，2端口与所述的低噪声参考激光器2的输出端相连，3端口为整个激光系统的激光输出端口。源激光器1的高噪声输出激光从保偏光环形器4的1端口输入，所述的低噪声参考激光器2输出的激光从所述的保偏光环形器4的2端口输入，对所述的源激光器1的高噪声输出激光实现注入锁定，最终从所述的保偏光环形器4的3端口输出低噪声激光。

所述的恒温隔震外壳6为整个激光系统提供隔震恒温，以消除环境噪声的干扰。

本发明激光器驰豫振荡噪声抑制装置在工作时，具体操作步骤如下：

1、通过调节源激光器1与低噪声参考激光器2的输出光功率，使得低噪声参考激光器2的输出光功率大约为源激光器1的输出光功率的二十分之一左右；

2、通过调节第一温度控制器3和第二温度控制器5分别改变源激光器1与低噪声参考激光器2的工作温度，使得两个激光器的出光频率基本相同；

3、所述的保偏光环形器4的1端口与源激光器1的输出端相连，2端口与低噪声参考激光器2相连，3端口作为整个激光系统的激光输出端口。

4、仔细调整恒温隔震外壳6的状态，使得环境噪声的干扰对内部光电子器件的干扰降至最低。此时最终输出的低噪声激光从保偏光环形器4的3端口输出。

本发明通过将源激光器与低噪声参考激光器实现注入锁定，实现对源激光器的驰犹豫振荡噪声抑制，并且通过对低噪声参考激光器输出功率的调节可实现整个激光系统的功率控制。本发明具有光路简单紧凑，易于集成化封装的特点。本发明可广泛应用于光纤传感，激光雷达，高分辨率激光光谱等许多领域。

Claims (2)

1.一种激光器驰豫振荡噪声抑制装置，特征在于其结构包括：源激光器(1)、低噪声参考激光器(2)、第一温度控制器(3)、保偏光纤环形器(4)、第二温度控制器(5)和隔温隔振外壳(6)，所述的低噪声参考激光器(2)为A类激光器，无弛豫振荡效应，所述的第一温度控制器(3)和第二温度控制器(5)分别为源激光器和低噪声参考激光器提供温度控制，所述的保偏光环形器(4)的1端口与所述的源激光器(1)的输出端相连，所述的保偏光环形器(4)的2端口与所述的低噪声参考激光器(2)的输出端相连，所述的保偏光环形器(4)的3端口为整个激光系统的激光输出端口，所述的源激光器(1)、低噪声参考激光器(2)、第一温度控制器(3)、保偏光纤环形器(4)、第二温度控制器(5)置于所述的恒温隔震外壳(6)内。

2.根据权利要求1所述的激光器驰豫振荡噪声抑制装置，其特征在于所述的低噪声参考激光器(2)选择为He-Ne激光器或染料激光器。