CN108923240A - 基于级联受激布里渊散射效应的波长稳频系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于级联受激布里渊散射效应的波长稳频系统，包括可调单频激光器（1），相位调制器（2），信号发生器（3），光环行器（4），多波长布里渊掺饵光纤激光器（5），可调光滤波器（6），光电探测器（7），微波混频器（8），频率跟踪系统（9）。本系统将级联受激布里渊散射效应用于波长稳频系统中，级联受激布里渊散射效应产生的多波长布里渊激光作为稳频的探测光，配合可调滤波器实现高精度的波长稳定，稳定精度可以提高20~50倍。本发明设计合理，采用级联受激布里渊散射效应，实现高精度的光波长稳定。

Description

基于级联受激布里渊散射效应的波长稳频系统
技术领域
本发明涉及波长稳频系统，具体为一种基于级联受激布里渊散射效应的高精度波长稳频系统，包括可调单频激光器、相位调制器、信号发生器、光环形器、多波长布里渊掺铒光纤激光器、可调光滤波器、光电探测器、微波混频器、频率跟踪系统。
背景技术
稳定的窄线宽光波长频率输出不仅提高激光器本身的基本性能，而且可用于通信、传感等众多领域。目前波长频率稳定的主要方案为PDH(Pound-Drever-Hall)技术，基本原理是对单频光进行相位调制后进入参考的光学谐振腔，由于谐振峰附近会引入较大的相位变化，输出光就会有相应的强度调制结果，当单频光频率高于或低于谐振峰时，此强度信号相位正好相反，对此信号进行鉴相后，输出的电信号作用于可调单频激光器，实现激光器的波长频率稳定。研究者使用PDH技术实现了65Hz的单频布里渊光纤激光器(Y.Liu,etal.J.Lightwave Technol.35(9):1744-1749,2017.)，同时通过保偏光纤延时线的PDH方案实现了0.41kHz的单频布里渊光纤激光器(Y.Liu,et al.IEEE Photonic.Tech.L.26(2):169-172,2014.)。
上述方案的波长稳频精度取决于谐振腔的Q值大小，而Q值和腔长腔损有直接的关系，但是单波长光纤激光器限制了腔长腔损的优化，也就限制了波长的稳频精度。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明目的是提供一种基于级联受激布里渊散射效应的波长稳频系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于级联受激布里渊散射效应的波长稳频系统，包括可调单频激光器，相位调制器，信号发生器，光环行器，多波长布里渊掺饵光纤激光器，可调光滤波器，光电探测器，微波混频器，频率跟踪系统。
所述可调单频激光器的输出端与相位调制器的输入端相连，所述相位调制器的输出端与光环形器的第一端口相连，所述光环形器的第二端口与多波长布里渊掺饵光纤激光器相连，所述光环形器的第三端口与可调光滤波器的输入端相连，所述可调光滤波器的输出端与光电探测器的输入端相连，所述光电探测器的输出端与微波混频器的输入端相连，所述微波混频器的输出端与频率跟踪系统的输入端相连，所述微波混频器与信号发生器的输出端相连；所述频率跟踪系统的输出端与可调单频激光器的反馈端相连。
工作时，可调单频激光器作为多波长布里渊掺饵光纤激光器的泵浦光，经过相位调制器、光环行器的第一端口和第二端口进入多波长布里渊掺饵光纤激光器中，信号发生器与相位调制器相连，提供用于波长稳频的电信号，多波长布里渊掺饵光纤激光器基本原理是与级联受激布里渊散射效应，增益越大产生的波长数量越多，产生的激光通过光环行器的第二端口和第三端口与可调光滤波器相连，滤出的波长经光电探测器解调后与微波混频器相连，解调出的信号与信号发生器的电信号进行混频后进入频率跟踪系统，频率跟踪系统将混频后的低频信号滤出后反馈给可调单频激光器实现可调单频激光器的波长稳频。探测的波长阶数越高，可调单频激光器发出激光的稳定性越好，通过可调光滤波器选择波长的阶数，进而选择需要稳定的精度。
实现本发明上述所提供的基于级联受激布里渊散射效应的波长稳频系统，与现有技术相比，其优点与积极效果具体体现在，本系统将级联受激布里渊散射效应用于波长稳频系统中，级联受激布里渊散射效应产生的多波长布里渊激光作为稳频的探测光，配合可调滤波器实现高精度的波长稳定，稳定精度可以提高20～50倍。
本发明设计合理，采用级联受激布里渊散射效应，实现高精度的光波长稳定。
附图说明
图1表示本发明提出的基于级联受激布里渊散射效应的波长稳频系统的结构示意图。
图中：1-可调单频激光器，2-相位调制器，3-信号发生器，4-光环行器，41-第一端口，42-第二端口，43-第三端口，5-多波长布里渊掺饵光纤激光器，6-可调光滤波器，7-光电探测器，8-微波混频器，9-频率跟踪系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
如图1所示，本发明所述的基于级联受激布里渊散射效应的波长稳频系统，包括可调单频激光器1、相位调制器2、信号发生器3、光环行器4、多波长布里渊掺饵光纤激光器5、可调光滤波器6、光电探测器7、微波混频器8、频率跟踪系统9。
基于上述的构成要件，本发明的构成关系如下：可调单频激光器1的输出端与相位调制器2的输入端相连，相位调制器2的输出端与光环形器4的第一端口41相连，光环形器4的第二端口42与多波长布里渊掺饵光纤激光器5相连，光环形器4的第三端口43与可调光滤波器6的输入端相连，可调光滤波器6的输出端与光电探测器7的输入端相连，光电探测器7的输出端与微波混频器8的输入端相连，微波混频器8的输出端与频率跟踪系统9的输入端相连，微波混频器8与信号发生器3的输出端相连；频率跟踪系统9的输出端与可调单频激光器1的反馈端相连。
可调单频激光器1作为多波长布里渊掺饵光纤激光器5的泵浦光，经过相位调制器2、光环行器4的第一端口41和第二端口42进入多波长布里渊掺饵光纤激光器中5，信号发生器3与相位调制器相连，提供用于波长稳频的电信号，多波长布里渊掺饵光纤激光器5基本原理是与级联受激布里渊散射效应，增益越大产生的波长数量越多，产生的激光通过光环行器4的第二端口42和第三端口43与可调光滤波器6相连，滤出的波长经光电探测器7解调后与微波混频器8相连，解调出的信号与信号发生器的电信号进行混频后进入频率跟踪系统9，频率跟踪系统9将混频后的低频信号滤出后反馈给可调单频激光器1实现可调单频激光器1的波长稳频。
基于上述具体实施方式，本发明进一步的具体实施方案如下：
所采用的可调单频激光器1是波长1550nm的连续运行激光器，光谱线宽为400kHz，边摸抑制比>45dB，最大输出功率为10dBm。
所采用的相位调制器2是带宽为10GHz、插损为3.3dB、消光比大于30dB的调制器。
所采用的信号发生器3带宽为120MHz的任意信号发生器。
所采用的多波长布里渊掺饵光纤激光器5是可以产生100个左右数量波长的多波长光纤激光器。
所采用的可调光滤波器6其波长覆盖范围为1480nm～1620nm，带宽可调范围为32pm～650pm。
所采用的光电探测器7其响应带宽是0～2GHz。
所采用的微波混频器8其带宽为0～10MHz，插损为7dB，隔离度为20dB。
所采用的频率跟踪系统9根据误差信号反馈给可调单频激光器1一定的反馈电压。
所采用的多波长布里渊掺饵光纤激光器的工作原理如下：
光纤中，入射激光和光纤中声波发生非线性的相互作用，产生频率上、下移的反斯托克斯和斯托克斯布里渊散射光，在光纤中产生的布里渊频移νB，表示为
νB＝(2νA/c)vP (1)
其中，P为泵浦光频率，vA为声速，c为光速，vB在1550nm附近大约为10GHz。当功率增大时，发生级联受激布里渊散射效应，获得多波长输出vLm(m＝2,3…)，每个波长之间关系可以表示为：
νLm＝vL(m-1)+vB＝…＝νP+mvB (2)
所采用的高精度稳频的工作原理：
由于级联受激布里渊散射效应，波长阶数越高线宽越宽，即
ΔvLm＝m·ΔvL1 (3)
其中，ΔvLm(m＝1,2,3…)为多波长vLm(m＝2,3…)的线宽，对于同一个Q值的谐振腔，设带宽为δ，所探测的阶数越高，波长稳频精度越高，其稳频精度可表示为δ/m。
具体工作时，可调单频激光器1作为多波长布里渊掺饵光纤激光器5的泵浦光，经过相位调制器2、光环行器4的第一端口41和第二端口42进入多波长布里渊掺饵光纤激光器中5，信号发生器3与相位调制器2相连，提供用于波长稳频的电信号，多波长布里渊掺饵光纤激光器5基本原理是与级联受激布里渊散射效应，增益越大产生的波长数量越多，产生的激光通过光环行器4的第二端口42和第三端口43与可调光滤波器6相连，滤出的波长经光电探测器7解调后与微波混频器8相连，解调出的信号与信号发生器的电信号进行混频后进入频率跟踪系统9，频率跟踪系统9将混频后的低频信号滤出后反馈给可调单频激光器1实现可调单频激光器1的波长稳频。探测的波长阶数越高，可调单频激光器1发出激光的稳定性越好，通过可调光滤波器6选择波长的阶数，进而选择需要稳定的精度。
上述波长稳频系统具有精度可调的优点，且所探测波长阶数越高，稳频精度越好，预计提高稳频精度20～50倍。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，均应涵盖本发明的权利要求保护范围中。

Claims (9)

1.一种基于级联受激布里渊散射效应的波长稳频系统，其特征在于：包括可调单频激光器（1），相位调制器（2），信号发生器（3），光环行器（4），多波长布里渊掺饵光纤激光器（5），可调光滤波器（6），光电探测器（7），微波混频器（8），频率跟踪系统（9）；
所述可调单频激光器（1）的输出端与相位调制器（2）的输入端相连，所述相位调制器（2）的输出端与光环形器（4）的第一端口（41）相连，所述光环形器（4）的第二端口（42）与多波长布里渊掺饵光纤激光器（5）相连，所述光环形器（4）的第三端口（43）与可调光滤波器（6）的输入端相连，所述可调光滤波器（6）的输出端与光电探测器（7）的输入端相连，所述光电探测器（7）的输出端与微波混频器（8）的输入端相连，所述微波混频器（8）的输出端与频率跟踪系统（9）的输入端相连，所述微波混频器（8）与信号发生器（3）的输出端相连；所述频率跟踪系统（9）的输出端与可调单频激光器（1）的反馈端相连。
2.根据权利要求1所述的基于级联受激布里渊散射效应的波长稳频系统，其特征在于：所述可调单频激光器（1）是波长1550nm的连续运行激光器，光谱线宽为400kHz，边摸抑制比>45dB，最大输出功率为10dBm。
3.根据权利要求1所述的基于级联受激布里渊散射效应的波长稳频系统，其特征在于：所述相位调制器（2）是带宽为10GHz、插损为3.3dB、消光比大于30dB的调制器。
4.根据权利要求1所述的基于级联受激布里渊散射效应的波长稳频系统，其特征在于：所述信号发生器（3）是带宽为120MHz的任意信号发生器。
5.根据权利要求1所述的基于级联受激布里渊散射效应的波长稳频系统，其特征在于：所述多波长布里渊掺饵光纤激光器（5）是能够产生100个以上数量波长的多波长光纤激光器。
6.根据权利要求1所述的基于级联受激布里渊散射效应的波长稳频系统，其特征在于：所述可调光滤波器（6）的波长覆盖范围为1480nm~1620nm，带宽可调范围为32pm~650pm。
7.根据权利要求1所述的基于级联受激布里渊散射效应的波长稳频系统，其特征在于：所述光电探测器（7）的响应带宽是0~2GHz。
8.根据权利要求1所述的基于级联受激布里渊散射效应的波长稳频系统，其特征在于：所述微波混频器（8）的带宽为0~10MHz，插损为7dB，隔离度为20dB。
9.根据权利要求1所述的基于级联受激布里渊散射效应的波长稳频系统，其特征在于：所述频率跟踪系统（9）根据误差信号反馈给可调单频激光器（1）反馈电压。
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