CN110220509A - 用于高精度光纤陀螺的混合集成窄线宽激光器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于高精度光纤陀螺的混合集成窄线宽激光器系统，包括：一集成激光光源模块，用于产生窄线宽激光；二锁相环电路，用于锁定集成激光光源模块中二激光信号之间的频率差；二RF参考源，分别为二锁相环电路提供参考信号；一电流驱动温控电路，用于接收锁相环电路的电信号，对集成激光光源模块的输出进行调控；以及一保偏准直器光纤，用于输出由集成激光光源模块产生的窄线宽激光。本发明提出的用于高精度光纤陀螺的混合集成窄线宽激光器系统，将整个系统封装在单个紧凑的模块内，提高了激光器系统的可靠性和稳定性，具有结构紧凑、体积小的优点，并能够为光纤陀螺提供高稳定高效率高可靠的窄线宽激光。

Description

用于高精度光纤陀螺的混合集成窄线宽激光器系统
技术领域
本发明属于光电子技术领域，尤其涉及一种用于高精度光纤陀螺的混合集成窄线宽激光器系统。
背景技术
回顾近年来光子技术的发展，其革命性突破已使集成光子材料、器件乃至系统的应用成为可能。纷繁多样且具有巨大应用前景的材料、器件和系统的研究吸引着全世界科学研究者的目光，集成光学陀螺的研究应运而生。
随着导航技术应用领域的不断拓展与深化，要求应用于不同领域的光学陀螺具有更高的精度。而光纤陀螺高精度的需求要求为其提供光源的激光器能够提供高稳定高效率高可靠的窄线宽激光输出。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于高精度光纤陀螺的混合集成窄线宽激光器系统，获得高稳定高效率高可靠的窄线宽激光输出。
(二)技术方案
本发明提供一种基于光锁相环的用于高精度光纤陀螺的混合集成窄线宽激光器，包括：
一集成激光光源模块，用于产生窄线宽激光；
二锁相环电路，用于锁定集成激光光源模块中二激光信号之间的频率差；
二RF参考源，分别为二锁相环电路提供参考信号；
一电流驱动温控电路，用于接收锁相环电路的电信号，对集成激光光源模块的输出进行调控；以及
一保偏准直器光纤，用于输出由集成激光光源模块产生的窄线宽激光。
在本发明的实施例中，所述集成激光光源模块包括：
三窄线宽激光芯片(DFB激光芯片)，用于发射窄线宽激光；
一透镜阵列4，用于接收DFB激光芯片发射的激光，并将激光信号耦合进入一分束合束器5；
一分束合束器5，用于对经过透镜阵列后的光信号进行分束、合束，并输出分束、合束后的光信号。
在本发明的实施例中，所述透镜阵列4包括第一透镜4-1、第二透镜4-2和第三透镜4-3，所述透镜阵列4的波长是1520nm-1560nm；
所述DFB激光芯片包括第一DFB激光芯片1，用于发射第一激光信号S1，通过第一透镜4-1耦合进入一分束合束器5；第二DFB激光芯片2，用于发射第二激光信号S2，通过第二透镜4-2耦合进入一分束合束器5；第三DFB激光芯片3，用于发射第三激光信号S3，通过第三透镜4-3耦合进入一分束合束器5；
在本发明的实施例中，所述第一DFB激光芯片1、第二DFB激光芯片2和第三DFB激光芯片3输出窄线宽单频连续激光；所述窄线宽单频连续激光的波长为1520nm-1560nm；光谱线宽小于20kHz；边模抑制比大于35dB；输出功率大于10mW。
在本发明的实施例中，所述分束合束器5包括第一分束器5-1、第二分束器5-2、第三分束器5-3、第一合束器5-4以及第二合束器5-5，对第一激光信号S1、第二激光信号S2和第三激光信号S3进行分束、合束后，输出第四光信号6-1、第五光信号6-2、第六光信号6-3、第七光信号6-4和第八光信号6-5。其中，所述第四光信号6-1是第一激光信号S1经过第一分束器5-1分束后的光信号；所述第六光信号6-3是第二激光信号S2经过第二分束器5-2分束后的光信号；所述第八光信号6-5是第三激光信号S3经过第三分束器5-3分束后的光信号；所述第五光信号6-2是第一激光信号S1的分束光信号与第二激光信号S2的一分束光信号经过第一合束器5-4合束后得到的带有第一激光信号S1第二激光信号S2差频信号的光信号；所述第七光信号6-4是第二激光信号S2的分束光信号与第三激光信号S3的一分束光信号经过第二合束器5-5合束后得到的带有第二激光信号S2和第三激光信号S3差频信号的光信号；且所述分束合束器5输出第四光信号6-1、第六光信号6-3和第八光信号6-5对应的端口损耗小于4dB；所述第五光信号6-2和第七光信号6-4对应的端口损耗小于8dB。
在本发明的实施例中，所述二锁相环电路包括：一第一锁相环电路7，接收第七光信号6-4，锁定第一激光信号S1与第三激光信号S3的频率差；一第二锁相环电路10，接收第五光信号6-2，锁定第一激光信号S10与第二激光信号S2的频率差；所述第一锁相环电路7中包括一第一光电探测器，将接收的第七光信号6-4转换为电信号；所述第二锁相环电路10中包括一第二光电探测器，将接收的第五光信号6-2转换为电信号。
在本发明的实施例中，所述二RF参考源包括：一第一RF参考源9，为第一锁相环电路7提供参考信号作为输入信号；一第二RF参考源11，为第二锁相环电路10提供参考信号作为输入信号。
在本发明的实施例中，所述电流驱动温控电路8的电流调节范围为0mA～250mA，误差小于1μA，温控精度为0.001℃。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明提供的这种用于高精度光纤陀螺的混合集成窄线宽激光器系统的优点在于：
(1)本发明提出的用于高精度光纤陀螺的混合集成窄线宽激光器系统，通过三组激光器芯片的设置，能够将主激光器芯片2和从激光器芯片1以及主激光器芯片2和从激光器芯片3的频率差锁定，能够产生超稳定的激光输出；
(2)本发明提出的用于高精度光纤陀螺的混合集成窄线宽激光器系统，将整个系统封装在单个紧凑的模块内，提高了激光器系统的可靠性和稳定性，具有结构紧凑、体积小的优点。
附图说明
图1是本发明提供的用于高精度光纤陀螺的混合集成窄线宽激光器系统的结构示意图。
【附图标记说明】
1：第一DFB激光芯片 2：第二DFB激光芯片
3：第三DFB激光芯片 4：透镜阵列
4-1：第一透镜 4-2：第二透镜
4-3：第三透镜 5：分束合束器
5-1：第一分束器 5-2：第二分束器
5-3：第三分束器 5-4：第一合束器
5-5：第二合束器 6：保偏准直器光纤
7：第一锁相环电路 8：电流驱动温控电路
9：第一RF参考源 10：第二锁相环电路
11：第二RF参考源 S1：第一激光信号
S2：第二激光信号 S3：第三激光信号
6-1：第四光信号 6-2：第五光信号
6-3：第六光信号 6-4：第七光信号
6-5：第八光信号
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供一种基于光锁相环的用于高精度光纤陀螺的混合集成窄线宽激光器，其结构图如图1所示。
请参阅图1所示，本发明提供一种用于高精度光纤陀螺的混合集成窄线宽激光器系统，包括：
一集成激光光源模块，用于产生窄线宽激光；
二锁相环电路，用于锁定集成激光光源模块中二激光信号之间的频率差；
二RF参考源，分别为二锁相环电路提供参考信号；
一电流驱动温控电路，用于接收锁相环电路的电信号，对集成激光光源模块的输出进行调控；以及
一保偏准直器光纤，用于输出由集成激光光源模块产生的窄线宽激光。
在本发明的实施例中，集成激光光源模块封装于一蝶形封装管壳内，包括：
三DFB激光芯片，用于发射窄线宽激光；
一透镜阵列4，用于接收窄线宽激光器芯片发射的激光，并将激光信号耦合进入一分束合束器5；
一分束合束器5，用于对经过透镜阵列后的光信号进行分束、合束，并输出分束、合束后的光信号。
在本发明的实施例中，透镜阵列4包括第一透镜4-1、第二透镜4-2和第三透镜4-3，透镜阵列4的波长是1520nm-1560nm，阵列透镜的小型化易于系统的集成；
DFB激光芯片包括第一DFB激光芯片1，用于发射第一激光信号S1，通过第一透镜4-1耦合进入一分束合束器5；第二DFB激光芯片2，用于发射第二激光信号S2，通过第二透镜4-2耦合进入一分束合束器5；第三DFB激光芯片3，用于发射第三激光信号S3，通过第三透镜4-3耦合进入一分束合束器5；
在本发明的实施例中，第一DFB激光芯片1、第二DFB激光芯片2和第三DFB激光芯片3输出窄线宽单频连续激光；窄线宽单频连续激光的波长为1520nm-1560nm；光谱线宽小于20kHz；边模抑制比大于35dB；输出功率大于10mW。DFB激光芯片的线宽越窄，测量精度越高；
在本发明的实施例中，分束合束器5包括第一分束器5-1、第二分束器5-2、第三分束器5-3、第一合束器5-4以及第二合束器5-5，对第一激光信号S1、第二激光信号S2和第三激光信号S3进行分束、合束后，输出第四光信号6-1、第五光信号6-2、第六光信号6-3、第七光信号6-4和第八光信号6-5。其中，第四光信号6-1是第一激光信号S1经过第一分束器5-1分束后的光信号；第六光信号6-3是第二激光信号S2经过第二分束器-2分束后的光信号；第八光信号6-5是第三激光信号S3经过第三分束器5-3分束后的光信号；第五光信号6-2是第一激光信号S1的分束光信号与第二激光信号S2的一分束光信号经过第一合束器5-4合束后得到的带有第一激光信号S1和第二激光信号S2差频信号的光信号；第七光信号6-4是第二激光信号S2的分束光信号与第三激光信号S3的一分束光信号经过第二合束器5-5合束后得到的带有第二激光信号S2和第三激光信号S3差频信号的光信号；且分束合束器5输出第四光信号6-1、第六光信号6-3和第八光信号6-5对应的端口损耗小于4dB；第五光信号6-2和第七光信号6-4对应的端口损耗小于8dB。
在本发明的实施例中，二锁相环电路包括：一第一锁相环电路7，接收第七光信号6-5，锁定第一激光信号S1与第三激光信号S3的频率差；一第二锁相环电路10，接收第五光信号6-2，锁定第一激光信号S10与第二激光信号S2的频率差；第一锁相环电路7中包括一第一光电探测器，将接收的第七光信号6-4转换为电信号；第二锁相环电路10中包括一第二光电探测器，将接收的第五光信号6-2转换为电信号。
在本发明的实施例中，二RF参考源包括：一第一RF参考源9，为第一锁相环电路7提供参考信号作为输入信号；一第二RF参考源11，为第二锁相环电路10提供参考信号作为输入信号。
在本发明的实施例中，电流驱动温控电路8的电流调节范围为0mA～250mA，误差小于1μA，温控精度为0.001℃。该电流驱动和温控电路8用于控制激光器芯片1，2和3的温度，以及产生高精度驱动电流。
因此本发明的基于光锁相环的用于高精度光纤陀螺的混合集成窄线宽激光器能够产生超稳定的激光输出，整个系统封装在单个紧凑的模块内，提高了系统的可靠性和稳定性，具有结构紧凑体积小的优点。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、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，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种用于高精度光纤陀螺的混合集成窄线宽激光器系统，其中，该系统包括：
一集成激光光源模块，用于产生窄线宽激光；
二锁相环电路，用于锁定集成激光光源模块中二激光信号之间的频率差；
二RF参考源，分别为二锁相环电路提供参考信号；
一电流驱动温控电路，用于接收锁相环电路的电信号，对集成激光光源模块的输出进行调控；以及
一保偏准直器光纤，用于输出由集成激光光源模块产生的窄线宽激光。
2.根据权利要求1所述的激光器系统，其特征在于，所述集成激光光源模块包括：
三窄线宽激光芯片，用于发射窄线宽激光；
一透镜阵列(4)，用于接收窄线宽激光器芯片发射的激光，并将激光信号耦合进入一分束合束器(5)；
一分束合束器(5)，用于对经过透镜阵列后的光信号进行分束、合束，并输出分束、合束后的光信号。
3.根据权利要求2所述的激光器系统，其特征在于，所述透镜阵列(4)包括第一透镜(4-1)、第二透镜(4-2)和第三透镜(4-3)，所述透镜阵列(4)的波长是1520nm-1560nm。
4.根据权利要求3所述的激光器系统，其特征在于，所述窄线宽激光芯片包括：
第一窄线宽激光芯片(1)，用于发射第一激光信号(S1)，通过第一透镜(4-1)耦合进入分束合束器(5)；
第二窄线宽激光芯片(2)，用于发射第二激光信号(S2)，通过第二透镜(4-2)耦合进入分束合束器(5)；
第三窄线宽激光芯片(3)，用于发射第三激光信号(S3)，通过第三透镜(4-3)耦合进入分束合束器(5)。
5.根据权利要求4所述的激光器系统，其特征在于，所述第一窄线宽激光芯片(1)、第二窄线宽激光芯片(2)和第三窄线宽激光芯片(3)输出窄线宽单频连续激光；所述窄线宽单频连续激光的波长为1520nm-1560nm；光谱线宽小于20kHz；边模抑制比大于35dB；输出功率大于10mW。
6.根据权利要求4所述的激光器系统，其特征在于，所述分束合束器(5)包括第一分束器(5-1)、第二分束器(5-2)、第三分束器(5-3)、第一合束器(5-4)以及第二合束器(5-5)，对第一激光信号(S1)、第二激光信号(S2)和第三激光信号(S3)进行分束、合束后，输出第四光信号(6-1)、第五光信号(6-2)、第六光信号(6-3)、第七光信号(6-4)和第八光信号(6-5)。
7.根据权利要求6所述的激光器系统，其特征在于：
所述第四光信号(6-1)是第一激光信号(S1)经过第一分束器(5-1)分束后的光信号；
所述第六光信号(6-3)是第二激光信号(S2)经过第二分束器(5-2)分束后的光信号；
所述第八光信号(6-5)是第三激光信号(S3)经过第三分束器(5-3)分束后的光信号；
所述第五光信号(6-2)是第一激光信号(S1)的分束光信号与第二激光信号(S2)的一分束光信号经过第一合束器(5-4)合束后得到的带有第一激光信号(S1)和第二激光信号(S2)差频信号的光信号；
所述第七光信号(6-4)是第二激光信号(S2)的分束光信号与第三激光信号(S3)的一分束光信号经过第二合束器(5-5)合束后得到的带有第二激光信号(S2)和第三激光信号(S3)差频信号的光信号。
8.根据权利要求7所述的激光器系统，其特征在于，所述分束合束器(5)输出第四光信号(6-1)、第六光信号(6-3)和第八光信号(6-5)对应的端口损耗小于4dB；所述第五光信号(6-2)和第七光信号(6-4)对应的端口损耗小于8dB。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的激光器系统，其特征在于，所述二锁相环电路包括：
一第一锁相环电路(7)，接收第七光信号(6-4)，锁定第一激光信号(S1)与第三激光信号(S3)的频率差；
一第二锁相环电路(10)，接收第五光信号(6-2)，锁定第一激光信号(S10)与第二激光信号(S2)的频率差。
10.根据权利要求9所述的激光器系统，其特征在于，所述第一锁相环电路(7)中包括一第一光电探测器，将接收的第七光信号(6-4)转换为电信号。
11.根据权利要求9所述的激光器系统，其特征在于，所述第二锁相环电路(10)中包括一第二光电探测器，将接收的第五光信号(6-2)转换为电信号。
12.根据权利要求9所述的激光器系统，其特征在于，所述二RF参考源包括：
一第一RF参考源(9)，为第一锁相环电路(7)提供参考信号作为输入信号；
一第二RF参考源(11)，为第二锁相环电路(10)提供参考信号作为输入信号。
13.根据权利要求1所述的激光器系统，其特征在于，所述电流驱动温控电路(8)的电流调节范围为0mA～250mA，误差小于1μA，温控精度为0.001℃。
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