CN110970785B - 一种傅里叶域注入锁定增强的相干扫频光源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种傅里叶域注入锁定增强的相干扫频光源，包括：连续激光器(1)，第一光开关(2)，光耦合器(3)，移频环(4)，光环形器(5)，注入锁定单元(6)，光输出端(7)；所述连续激光器(1)作为初始输入源，其输出端经过第一光开关(2)连接至光耦合器(3)的第二输入端；所述移频环(4)的一端连接至光耦合器(3)的第一输入端，另一端连接至光耦合器(3)的第一输出端，所述光耦合器(3)的第二输出端连接至光环形器(5)的第一端口，所述光环器(5)的第二端口连接至注入锁定单元(6)，所述光环形器(5)的第三端口连接至光输出端(7)。本发明实现了线性扫频同时保证扫频光源的相位连续性。
Description
技术领域
本发明涉及扫频光源领域，更具体地，涉及一种傅里叶域注入锁定增强的相干扫频光源。
背景技术
线性扫频光源输出的光频率随时间变化,能够实现一定光谱范围内光波长的扫频输出,在光通信、光传感和光检测等领域有广泛的应用需求，是光学相干层析成像(opticalcoherence tomography,OCT)、综合孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)、光学传感等各种系统中的关键技术。通常要求线性扫频光源满足快速、宽调谐范围、窄瞬时线宽、较大的输出功率和线性扫频的要求。现有的实现线性扫频光源的方式众多，通常都是针对某些具体的应用而设计,但是这些方式众多的传统方法都存在着扫频非线性以及激光相位噪声的问题,不能同时满足线性扫频和低相位噪声的要求。此外对于一些光学应用及研究，如基于时间透镜(time lens)成像系统和微腔光子学，其对线性扫频光源的相位也有严格的要求，需要满足相干性、相位连续。以往线性扫频光源在设计实现中缺乏对上述严格要求的考虑。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中线性扫频光源无法相位连续性的缺陷，提供一种傅里叶域注入锁定增强的相干扫频光源。
本发明的首要目的是为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种傅里叶域注入锁定增强的相干扫频光源，包括：连续激光器，第一光开关，光耦合器，移频环，光环形器，注入锁定单元，输出端；所述连续激光器作为初始输入源，其输出端经过第一光开关连接至光耦合器的第二输入端；所述移频环的一端连接至光耦合器的第一输入端，另一端连接至光耦合器的第一输出端，所述光耦合器的第二输出端连接至光环形器的第一端口，所述光环器的第二端口连接至注入单元，所述光环形器的第三端口连接至光输出端；
进一步地，所述移频环包括有：第二光开关，光纤放大器，频移器，微波信号发生器，所述光耦合器的第一输出端通过光纤连接至第二光开关的一端，所述光开关的另一端顺序串联光纤放大器、频移器，所述频移器的输出端连接至光耦合器的第一输入端，所述微波信号发生器的输出端与频移器电连接。
进一步地，所述注入锁定单元包括：多纵模激光器、信号同步装置，具体连接为：所述信号同步装置的输出端连接至多纵模激光器的输入端，所述多纵模激光器的注入接口与光环器的第二端口连接。
进一步地，所述微波信号发生器用于驱动频移器。
进一步地，所述光纤放大器用于对光耦合器第一输出端输出的光信号进行放大，补偿光信号在所述移频环内的传输及损耗。
进一步地，所述多纵模激光器的多纵模条件为：
v＝mc/2nL
其中,m＝1,2,3,4…,c为光速,n为光传播介质的折射率,L为激光器腔长。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明通过移频环的循环频移光源的线性扫频，结合注入锁定单元实现了傅里叶域注入锁定能够进一步保证扫频光源的相位连续特性。
附图说明
图1为本发明的系统原理示意图。
图2为本发明中频率随时间产生的结果示意图。
图3为本发明中产生的激光的相位随时间的变化图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1
如图1所示，一种傅里叶域注入锁定增强的相干扫频光源，包括：连续激光器1，第一光开关2，光耦合器3，移频环4，光环形器5，注入锁定单元6，光输出端7；所述连续激光器1作为初始输入源，其输出端经过第一光开关2连接至光耦合器3的第二输入端；所述移频环4的一端连接至光耦合器3的第一输入端，另一端连接至光耦合器3的第一输出端，所述光耦合器3的第二输出端连接至光环形器5的第一端口，所述光环形器5的第二端口连接至注入锁定单元6，所述光环形器5的第三端口连接至光输出端7；
进一步地，所述移频环4包括有：第二光开关401，光纤放大器402，频移器403，微波信号发生器404，所述光耦合器3的第一输出端通过光纤连接至第二光开关401的一端，所述第二光开关401的另一端顺序串联光纤放大器402、频移器403，所述频移器403的输出端连接至光耦合器3的第一输入端，所述微波信号发生器404的输出端与频移器403电连接。
进一步地，所述注入锁定单元6包括：多纵模激光器601、信号同步装置602，具体连接为：所述信号同步装置602的输出端连接至多纵模激光器601的输入端，所述多纵模激光器601的注入接口与光环形器5的第二端口连接。
进一步地，所述微波信号发生器404用于驱动频移器。
进一步地，所述光纤放大器402用于对光耦合器3第一输出端输出的光信号进行放大，补偿光信号在所述移频环4内的传输及传输损耗。
进一步地，所述多纵模激光器601的多纵模条件为：
v＝mc/2nL
其中,m＝1,2,3,4…,c为光速,n为光传播介质的折射率,L为激光器腔长。
需要说明的是，通过注入锁定可以进一步扫频信号质量进行提高，本发明提出傅里叶域注入锁定方法，针对多纵模激光器，激光信号在多纵模激光器的谐振腔内需满足相位条件，因此得到上述多纵模条件。由于激光光源需要增益介质的自发辐射在激光谐振腔内多次振荡，当受激辐射提供的增益超过谐振腔内的损耗时，开始建立并达到稳定的振荡，从而输出激光。激光在谐振腔内建立的时间通常较慢。为了避开这一时间限制，本发明提出傅里叶域注入锁定方案。具体而言，本发明是将注入的扫频激光信号的各个中心波长和多纵模激光器的谐振腔模式对准，(即v＝fn)，避免在谐振腔内建立新的激光频率。
如图2所示为本发明中频率随时间产生的结果示意图。图3所示为本发明中产生的激光的相位随时间的变化图。
本发明工作原理为：
连续激光器1发射频率为f0的单频连续光信号,第一光开关2和第二光开关401均处于断开状态,此时光输出端无信号输出。当需要光信号输出时,同时打开第一光开关2和第二光开关401,此时连续激光器1发射的单频光通过光耦合器3的第二输入端进入光耦合器3,光耦合器3的第二输出端输出一路光进入光环形器5的第一端口,光耦合器3第一输出端输出一路单频光进入移频环4的第二光开关401,由于第二光开关401已打开,所述单频光沿着光纤进入光纤放大器402后进行光信号的放大,此时放大后的单频光进入频移器403,频移器403由微波信号发生器404进行驱动,驱动的频率为fs,同时设置偏置为抑制载波的单边带调制,频移器403的载波抑制比可以从10dB-50dB进行调节,此时单频光频率变为f1＝f0+fs,该路光信号重新经过光耦合器3后,再次一分为二,其中一部分通过光耦合器3第二输出端进入光环形器5的第一端口,另外一部分光频率再次进入通过光耦合器3第一输出端进入移频环4,经过同样的步骤后,频率由原来的f1＝f0+fs变为f2＝f1+fs＝f0+2fs,频率再次得到搬移。以此类推，经过n次循环移频后fn＝f0+nfs。输出光频率为所有经过光环形器5第一端口的频率,都会经过光环形器5第二输出端进入锁定注入单元6的多纵模激光器601进行注入锁定,多纵模激光器601由信号同步装置602进行驱动,对每个进入多纵模激光器601的频率进行傅里叶注入锁定,之后傅里叶注入锁定的光频率再次经过光环形器5的第三端口,到光输出端7进行输出。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种傅里叶域注入锁定增强的相干扫频光源，其特征在于，包括：连续激光器(1)，第一光开关(2)，光耦合器(3)，移频环(4)，光环形器(5)，注入锁定单元(6)，光输出端(7)；所述连续激光器(1)作为初始输入源，其输出端经过第一光开关(2)连接至光耦合器(3)的第二输入端；所述移频环(4)的一端连接至光耦合器(3)的第一输入端，另一端连接至光耦合器(3)的第一输出端，所述光耦合器(3)的第二输出端连接至光环形器(5)的第一端口，所述光环器(5)的第二端口连接至注入锁定单元(6)，所述光环形器(5)的第三端口连接至光输出端(7)，所述注入锁定单元(6)包括：多纵模激光器(601)、信号同步装置(602)，具体连接为：所述信号同步装置(602)的输出端连接至多纵模激光器(601)的输入端，所述多纵模激光器(601)的注入接口与光环形器(5)的第二端口连接，所述多纵模激光器(601)的多纵模条件为：
v＝mc/2nL
其中,m＝1,2,3,4…,c为光速,n为光传播介质的折射率,L为激光器腔长，注入的扫频激光信号的各个中心波长和多纵模激光器的谐振腔模式对准。
2.根据权利要求1所述的一种傅里叶域注入锁定增强的相干扫频光源，其特征在于，所述移频环(4)包括有：第二光开关(401)，光纤放大器(402)，频移器(403)，微波信号发生器(404)，所述光耦合器(3)的第一输出端通过光纤连接至第二光开关(401)的一端，所述第二光开关(401)的另一端顺序串联光纤放大器(402)、频移器(403)，所述频移器(403)的输出端连接至光耦合器(3)的第一输入端，所述微波信号发生器(404)的输出端与频移器(403)电连接。
3.根据权利要求2所述的一种傅里叶域注入锁定增强的相干扫频光源，其特征在于，所述微波信号发生器(404)用于驱动频移器。
4.根据权利要求1所述的一种傅里叶域注入锁定增强的相干扫频光源，其特征在于，所述光纤放大器(402)用于对光耦合器(3)第一输出端输出的光信号进行放大，补偿光信号在所述移频环(4)内的传输及传输损耗。
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