CN110544875A - 一种具有光栅的垂直腔面激光器的光调制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有光栅的垂直腔面激光器的光调制装置及方法，实时监测激光器工作时输出光束的偏振状态和波长，并通过计算机实时补偿和调制激光光束的偏振状态以及波长，有效的实现了对激光光束的调制，确保激光器输出光束工作稳定和质量，可以有效解决激光器输出光束由于工作环境温度的变化、气流和振动的影响导致激光的偏振、波长变化的问题。

Description

一种具有光栅的垂直腔面激光器的光调制装置及方法
技术领域
本发明属于光调制器技术领域，具体涉及一种具有光栅的垂直腔面激光器的光调制装置及方法。
背景技术
垂直腔面激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，简称为：VCSEL)的高功率、单纵模、输出圆形光斑、长寿命还有易于二维集成等特点，使得垂直腔面激光器的商业应用越来越广泛，尤其在电信领域、激光显示领域、激光点火、泵浦原和激光加工等。其中，波长为850nm、980nm、1310nm、1550nm等单波长垂直腔面激光器以其良好的性能受到了学者的广泛研究。
在精密光谱实验中，需要频率稳定的激光，而实验室温度的变化、气流和振动的影响使激光器自由运转时长期漂移很大，对激光器发出的激光的偏振、波长均有不同的程度的影响，因此需要对激光的偏振状态和波长进行补偿，确保激光输出后的稳定性。
现有技术中，可以使用偏振补偿器对激光光束的的偏振状态进行补偿(例如CN104218442A)，而通过波长补偿电路可以有效对激光波长进行修正(例如CN101776478A)。因此，本发明为了解决现有技术中激光光束传输过程偏振、波长容易发生改变的问题，通过实时补偿激光光束的偏振状态和波长实现了对激光光束质量的改善。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有光栅的垂直腔面激光器的光调制装置及方法，可以有效解决激光器输出光束由于工作环境温度的变化、气流和振动的影响导致激光的偏振、波长变化的问题，提供了一种动态补偿激光光束偏振状态以及滤除杂光的光调制装置及方法，使垂直腔面激光器光束稳定的输出。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种具有光栅的垂直腔面激光器的光调制方法，包括以下步骤：
S1、获取垂直腔面激光器输出光束的初始偏振状态P0以及初始波长λ0；
S2、获取具有机电光栅的垂直腔面激光器持续工作时间t的激光光束实时偏振状态Pt和激光光束的波长λt，并分别得到基于工作时间t与偏振状态Pt的映射关系表和基于工作时间t与波长λt的映射关系表；
S3、基于初始偏振状态P0以及激光器工作时间t与偏振状态Pt的映射关系表，得到根据工作时间t的偏振补偿调节指令；以及根据初始波长λ0和工作时间t与波长λt的映射关系表，得到根据工作时间t的波长调节指令；
S4、通过调用上述偏振补偿调节程序控制偏振补偿组件对上述激光光束的实时偏振状态Pt进行动态补偿，且使补偿后的激光光束偏振状态稳定在P0；
S5、通过调用上述波长调节指令动态调节激光器输出的激光光束波长λt，使其大小等于初始波长λ0。
S6、重复步骤S3-S5，使得激光光束稳定在Pt＝P0，且λt＝λ0。
进一步的，获取垂直腔面激光器输出光束的初始偏振状态P0以及初始波长λ0，具体为：分别由激光偏振测试仪和波长测试仪对垂直腔面激光器输出光束的初始偏振状态P0以及初始波长λ0进行测量。
进一步的，所述初始偏振状态P0和实时偏振状态Pt可以为偏振度。
进一步的，所述步骤S4中通过调用上述偏振补偿调节程序控制偏振补偿组件对上述激光光束的实时偏振状态Pt进行动态补偿，具体为：通过计算机运行偏振补偿调节程序控制偏振补偿组件对激光光束的偏振状态进行实时动态调整，以确保激光光束的实时偏振状态Pt稳定在偏振状态P0。
进一步的，所述步骤S5中通过调用上述波长调节指令动态调节激光器输出的激光光束波长λt，使其大小等于初始波长λ0。具体为：通过计算机运行波长调节指令调节激光输出功率从而改变激光光束波长λt，使其大小等于初始波长λ0。
进一步的，本发明还提供了一种具有光栅的垂直腔面激光器的光调制装置，包括垂直腔面激光器、机电光栅、偏振补偿组件、计算机、反射镜、透镜，计算机分别与垂直腔面激光器、机电光栅、偏振补偿组件连接。
所述垂直腔面激光器，用于输出单波长的激光光束。
所述机电光栅，用于根据需要调制机电光束。
所述偏振补偿组件，用于根据计算机的指令进行动态补偿激光光束的偏振状态。
所述计算机，用于控制垂直腔面激光器、机电光栅、偏振补偿组件的运行状态。
本发明的优点在于：
本发明通过实时监测激光器工作时输出光束的偏振状态和波长，并通过计算机实时补偿和调制激光光束的偏振状态以及波长，有效的实现了对激光光束的调制，确保激光器输出光束工作稳定和质量。
附图说明
图1是本发明方法流程图；
图2是本发明系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-2对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式一：
一种具有光栅的垂直腔面激光器的光调制方法，包括以下步骤：
S1、获取垂直腔面激光器输出光束的初始偏振状态P0以及初始波长λ0；
S2、获取具有机电光栅的垂直腔面激光器持续工作时间t的激光光束实时偏振状态Pt和激光光束的波长λt，并分别得到基于工作时间t与偏振状态Pt的映射关系表和基于工作时间t与波长λt的映射关系表；
S3、基于初始偏振状态P0以及激光器工作时间t与偏振状态Pt的映射关系表，得到根据工作时间t的偏振补偿指令；以及根据初始波长λ0和工作时间t与波长λt的映射关系表，得到根据工作时间t的波长调节指令；
S4、通过调用上述偏振补偿指令控制偏振补偿组件对上述激光光束的实时偏振状态Pt进行动态补偿，且使补偿后的激光光束偏振状态稳定在P0；
S5、通过调用上述波长调节指令动态调节激光器输出的激光光束波长λt，使其大小等于初始波长λ0。
S6、重复步骤S3-S5，使得激光光束稳定在Pt＝P0，且λt＝λ0。
进一步的，获取垂直腔面激光器输出光束的初始偏振状态P0以及初始波长λ0，具体为：分别由激光偏振测试仪和波长测试仪对垂直腔面激光器输出光束的初始偏振状态P0以及初始波长λ0进行测量。
进一步的，所述初始偏振状态P0和实时偏振状态Pt可以为偏振度。
进一步的，所述步骤S4中通过调用上述偏振补偿调节程序控制偏振补偿组件对上述激光光束的实时偏振状态Pt进行动态补偿，具体为：通过计算机运行偏振补偿指令控制偏振补偿组件对激光光束的偏振状态进行实时动态调整，以确保激光光束的实时偏振状态Pt稳定在偏振状态P0。
进一步的，所述补偿调节组件优选为Berek偏振补偿器。
进一步的，所述偏振补偿调节指令，具体为用于控制Berek偏振补偿器使实时偏振状态Pt修正为偏振状态P0的Berek偏振补偿器调节指令。
进一步的，根据激光输出功率E＝hc/λ的计算公式，分别得到初始波长λ0对应的初始输出功率E0以及实时激光光束波长λt对应的实时输出功率Et；由此所述波长调节指令具体为：调节激光器的实时输出功率Et至初始激光器的输出功率E0的操作指令。
进一步的，所述步骤S5中通过调用上述波长调节指令动态调节激光器输出的激光光束波长λt，使其大小等于初始波长λ0，具体为：通过计算机运行波长调节指令调节激光输出功率从而改变激光光束波长λt，使其大小等于初始波长λ0。
具体实施方式二：
本发明还提供了一种具有光栅的垂直腔面激光器的光调制装置，包括垂直腔面激光器、机电光栅、偏振补偿组件、计算机、反射镜、透镜，计算机分别与垂直腔面激光器、机电光栅、偏振补偿组件连接。
进一步的，所述垂直腔面激光器，用于输出单波长的激光光束。
进一步的，所述单波长的激光光束初始波长可为980nm、1331nm或1550nm等。
进一步的，所述机电光栅，用于根据需要调制机电光束。
进一步的，所述偏振补偿组件，用于根据计算机的指令进行动态补偿激光光束的偏振状态。
进一步的，所述偏振补偿组件优选为Berek偏振补偿器。
进一步的，所述计算机，用于控制垂直腔面激光器、机电光栅、偏振补偿组件的运行状态。
进一步的，所述计算机中存储有用于控制控制偏振补偿组件对上述激光光束的实时偏振状态Pt进行动态补偿，且使补偿后的激光光束偏振状态稳定在P0的偏振补偿指令。
进一步的，所述计算机中存储有用于调节激光输出功率从而改变激光光束波长λt，使其大小等于初始波长λ0的波长调节指令。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种具有光栅的垂直腔面激光器的光调制装置，包括垂直腔面激光器、机电光栅、偏振补偿组件、计算机，计算机分别与垂直腔面激光器、机电光栅、偏振补偿组件连接；其特征在于：
所述垂直腔面激光器，用于输出单波长的激光光束；
所述机电光栅，用于根据需要调制机电光束；
所述偏振补偿组件，用于根据计算机的指令进行动态补偿激光光束的偏振状态；
所述计算机，用于控制垂直腔面激光器、机电光栅、偏振补偿组件的运行状态，并通过执行偏振补偿指令控制偏振补偿组件对激光光束的实时偏振状态Pt进行动态补偿，且使补偿后的激光光束偏振状态稳定在初始偏振状态P0，以及通过执行波长调节指令调节激光输出功率从而改变激光光束波长λt，使其大小等于初始波长λ0。
2.根据权利要求1所述的光调制装置，其特征在于，所述激光光束初始波长为980nm、1331nm或1550nm。
3.根据权利要求1所述的光调制装置，其特征在于，所述偏振补偿组件优选为Berek偏振补偿器。
4.一种具有光栅的垂直腔面激光器的光调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取垂直腔面激光器输出光束的初始偏振状态P0以及初始波长λ0；
S2、获取具有机电光栅的垂直腔面激光器持续工作时间t的激光光束实时偏振状态Pt和激光光束的波长λt，并分别得到基于工作时间t与偏振状态Pt的映射关系表和基于工作时间t与波长λt的映射关系表；
S3、基于初始偏振状态P0以及激光器工作时间t与偏振状态Pt的映射关系表，得到根据工作时间t的偏振补偿指令；以及根据初始波长λ0和工作时间t与波长λt的映射关系表，得到根据工作时间t的波长调节指令；
S4、调用上述偏振补偿程序控制偏振补偿组件对上述激光光束的实时偏振状态Pt进行动态补偿，且使补偿后的激光光束偏振状态稳定在P0；
S5、调用上述波长调节指令动态调节激光器输出的激光光束波长λt，使其大小等于初始波长λ0。
S6、重复步骤S3-S5，使得激光光束稳定在Pt＝P0，且λt＝λ0。
5.根据权利要求4所述的光调制方法，其特征在于，所述步骤S1中获取垂直腔面激光器输出光束的初始偏振状态P0以及初始波长λ0，具体为：分别由激光偏振测试仪和波长测试仪对垂直腔面激光器输出光束的初始偏振状态P0以及初始波长λ0进行测量。
6.根据权利要求4所述的光调制方法，其特征在于，所述初始偏振状态P0和实时偏振状态Pt具体为初始偏振度和实时偏振度。
7.根据权利要求4所述的光调制方法，其特征在于，所述偏振补偿组件优选为Berek偏振补偿器。
8.根据权利要求7所述的光调制方法，其特征在于，所述偏振补偿指令，具体为用于控制Berek偏振补偿器使实时偏振状态Pt修正为初始偏振状态P0的Berek偏振补偿器调节指令。
9.根据权利要求4所述的光调制方法，其特征在于，所述波长调节指令具体为：调节激光器的实时输出功率Et等于激光器的初始输出功率E0的操作指令。
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