CN111725689A - 窄线宽快调谐激光器 - Google Patents

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Abstract

一种窄线宽快调谐激光器，该激光器包括：窄线宽种子激光器，压控振荡器，微波放大器，电光调制器，光环形器，光纤分束器，窄带光纤光栅滤波器，光电探测器，系统控制器，压电控制器，压电陶瓷，温控TEC，温度控制器，光纤放大器。该装置解决了现有的边带注入锁定技术难以长期稳定工作的缺点，采用光栅滤波器滤除杂光提高信噪比，并将光栅滤波器中心波长和输入激光波长相互锁定，从而具备了窄线宽、高稳定、快调谐的特点。

Description

窄线宽快调谐激光器
技术领域
本发明涉及窄线宽激光频率快速调谐，特别是一种窄线宽快调谐激光器。
背景技术
在激光通信、激光传感等领域，作为光源的激光器不仅要满足相干性好、窄线宽的特性，还要有较高的调谐带宽、更宽的波长调谐范围以及较高的稳定性。目前的窄线宽激光器直接输出的线宽已经可以达到1kHz以内，相干性大大提高。同时，激光器波长调谐技术也得到了飞速发展，典型的方案有通过温度或电流该表激光波长，以及通过电光调制器进行激光波长外调谐等。但如何在保证窄线宽输出的同时获得大调谐范围、高调谐带宽、高稳定性的激光输出仍是目前面临的一个难题，因此研究激光器大范围快速调谐技术有着重要意义。
目前相干激光通信领域实现激光波长快速调谐的方案主要有：
在先方案一是直接对激光器进行电流和温度调谐，美国马里兰大学和RIO公司于2010年提出了平面波导集成外腔半导体激光器方案[Numata K,Camp J,Krainak M A,etal.Performance of planar-waveguide external cavity laser for precisionmeasurements[J].Optics Express,2010,18(22):22781-22788.]，采用温度与电流调谐的方式解决了常规Littrow和Littman式外腔半导体激光器的稳定性问题，实现了标准蝶形封装。该激光器在1550nm波段的激光线宽＜5kHz，但是受限于工作温度范围带来的热特性，激光频率调谐带宽约为2kHz。同时由于温度调谐速度较慢，该方案在快速调谐系统中也具有一定的局限性。
在先方案二是采用外电光调谐方案实现高速调谐，并将调制激光注入从激光器实现光信噪比的提升，[魏芳,蔡海文,卢斌,等.基于高阶调制边带注入锁定的窄线宽激光线性调频技术研究[C],上海市红外与遥感学会学术年会.2016:1-9.]，该方案可以实现大范围、快速的激光频率调谐，但缺点是无法对从激光器和主激光器的波长对准情况进行监测，从而难以避免由于温度、应力等环境影响使主从激光器波长偏离，导致注入失败。
发明内容
本发明的目的是提出一种窄线宽快调谐激光器，该装置可以解决注入锁定技术存在的稳定性差的问题，通过窄带滤波器波长和种子激光器波长的相对锁定，实现高稳定的窄线宽激光快调谐装置。
本发明的核心思想是：采用窄线宽激光器结合外电光调制技术实现窄线宽激光的快速调谐，对电光调制后的激光采用窄带光纤光栅进行滤波提高信噪比，由于光纤光栅的反射率和种子激光波长与光栅波长的对准情况有关，因此可以根据光栅的反射光强来反馈控制光栅波长，保证其和注入其中的激光波长对准。为同时满足激光波长的大范围和快调谐的要求，光纤光栅同时采用温度和压电陶瓷进行控制。
本发明的技术解决方案如下：
一种窄线宽快调谐激光器，特点在于其构成包括窄线宽种子激光器，压控振荡器，微波放大器，电光调制器，光环形器，光纤分束器，窄带光纤光栅滤波器，光电探测器，系统控制器，压电控制器，压电陶瓷，温控TEC，温度控制器，光纤放大器，所述的窄线宽种子激光器输出光进入电光调制器的光输入端，电光调制器输出的光信号进入光环行器的端口①，然后从端口②输出进入窄带光纤光栅滤波器，经该窄带光纤光栅滤波器滤波后，沿原路返回，经光环行器的端口③射入所述的光纤分束器，经该光纤分束器分为二束光，其中一束光射入光电探测器该光电探测器的输出端与系统控制器的信号采集端相连，该系统控制器的输出端分别与所述的压控振荡器、温度控制器和压电控制器输入端相连，所述的压控振荡器输出端与微波放大器信号输入端相连，微波放大器信号输出端与电光调制器的信号驱动端相连，所述的压电控制器信号输出端与固定在窄带光纤光栅滤波器上的压电陶瓷相连，所述的温度控制器的信号输出端与窄带光纤光栅滤波器上的温控TEC相连，所述的光纤分束器的另一束光射入所述的光纤放大器。
窄带光纤光栅滤波器对入射的调制信号光进行滤除，保障高的光信噪比。
所述的系统控制器通过调节压电控制器和温度控制器控制压电陶瓷与温控TEC来改变窄带光纤光栅滤波器的中心波长，使得窄带光纤光栅滤波器中心波长和注入其中的光信号相互锁定。
所述的窄带光纤光栅滤波器可以由温度控制器控制温控TEC实现大范围波长调节，或者由压电控制器控制压电陶瓷实现快速波长调谐，从而同时满足大范围和快速的波长调谐。
所述窄带光纤光栅滤波器是窄带反射式光纤光栅。
本发明特点和优点是：
通过对窄线宽激光进行外电光调谐从而实现窄线宽激光快调谐的基础上，采用光纤光栅对调制后的激光进行滤波，利用光纤光栅反射光强和光栅中心波长与种子激光器激光波长对准情况有关，从而可以将光栅波长和激光波长相对锁定，从而大大提高了装置的稳定性。
附图说明
图1是本发明高稳定性大范围快速调谐的注入锁定反馈调节装置的总体结构示意图。
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，但不以此限制本发明的保护范围。
请参阅图1，图1是本发明高稳定性大范围快速调谐的注入锁定反馈调节装置的总体结构示意图。由图可见，本发明装置的构成包括窄线宽种子激光器1，压控振荡器2，微波放大器3，电光调制器4，光环形器5，光纤分束器6，窄带光纤光栅滤波器7，光电探测器8，系统控制器9，压电控制器10，压电陶瓷11，温控TEC12，温度控制器13，光纤放大器14。所述的窄线宽种子激光器1输出光进入电光调制器4的光输入端，电光调制器4输出的光信号进入光环行器5的端口①，然后从端口②输出进入窄带光纤光栅滤波器7，经该窄带光纤光栅滤波器7滤波后，沿原路返回，经光环行器5的端口③射入所述的光纤分束器6，经该光纤分束器6分为二束光，其中一束光射入光电探测器8该光电探测器8的输出端与系统控制器9的信号采集端相连，该系统控制器9的输出端分别与所述的压控振荡器2、温度控制器13和压电控制器10输入端相连，所述的压控振荡器2输出端与微波放大器3信号输入端相连，微波放大器3信号输出端与电光调制器4的信号驱动端相连，所述的压电控制器10信号输出端与固定在窄带光纤光栅滤波器7上的压电陶瓷11相连，所述的温度控制器13的信号输出端与窄带光纤光栅滤波器7上的温控TEC12相连，所述的光纤分束器6的另一束光射入所述的光纤放大器14。
本发明装置的调节方法如下：
第一、窄线宽种子激光器1输出频率为ω0的窄线宽单频激光，并输入到电光调制器4中，系统控制器9控制压控振荡器2产生低噪声射频信号ωm并由微波放大器3进行放大，电光调制器由放大后的射频信号进行驱动，调制后的光在主频ω0的两边分布着一系列间隔为ωm的边带信号，并经过环形器5输入到光纤光栅滤波器7中，
第二、光纤光栅滤波器的温度控制端和压电陶瓷控制端分别与所述的温度控制器、压电控制器相连，光纤光栅的反射光通过分束器分出一部分由所述的光电探测器探测并输入至系统控制器，系统控制器控制光纤光栅中心波长和所需的窄线宽激光器第n阶边带锁定。
第三、系统控制器通过压电控制器控制压电陶瓷伸缩采用的算法是梯度下降算法。系统控制器输出一个扫描电压信号，通过光电探测器反馈的光强信号可找到光纤光栅中心频率和激光器频率匹配时的电压值以及对应的最大光强值。然后进行反向扫描，光强值在正向扫描时得到的最大光强值附近时，结束扫描，进入反馈控制阶段，对应的电压值为P_hold；在此电压值的基础上，增加一个步长得到P_add；减小一个步长得到P_sub。通过比较P_hold、P_add以及P_sub的值，可判断出控制电压的移动方向，进而使通过光纤光栅输出的光强一直保持在最大，即实现光纤光栅中心波长和激光器波长匹配。

Claims (5)

1.一种窄线宽快调谐激光器，特征在于其构成包括窄线宽种子激光器(1)，压控振荡器(2)，微波放大器(3)，电光调制器(4)，光环形器(5)，光纤分束器(6)，窄带光纤光栅滤波器(7)，光电探测器(8)，系统控制器(9)，压电控制器(10)，压电陶瓷(11)，温控TEC(12)，温度控制器(13)和光纤放大器(14)；
所述的窄线宽种子激光器(1)输出光进入电光调制器(4)的光输入端，电光调制器(4)输出的光信号进入光环行器(5)的端口①，然后从端口②输出进入窄带光纤光栅滤波器(7)，经该窄带光纤光栅滤波器(7)滤波后，沿原路返回，经光环行器(5)的端口③射入所述的光纤分束器(6)，经该光纤分束器(6)分为二束光，其中一束光射入光电探测器(8)，该光电探测器(8)的输出端与系统控制器(9)的信号采集端相连，该系统控制器(9)的输出端分别与所述的压控振荡器(2)、温度控制器(13)和压电控制器(10)输入端相连，所述的压控振荡器(2)输出端与微波放大器(3)信号输入端相连，微波放大器(3)信号输出端与电光调制器(4)的信号驱动端相连，所述的压电控制器(10)信号输出端与固定在窄带光纤光栅滤波器(7)上的压电陶瓷(11)相连，所述的温度控制器(13)的信号输出端与窄带光纤光栅滤波器(7)上的温控TEC(12)相连，所述的光纤分束器(6)的另一束光射入所述的光纤放大器(14)。
2.根据权利要求1所述的窄线宽快调谐激光器，其特征在于所述的窄带光纤光栅滤波器(7)对入射的调制信号光进行滤除，保障高的光信噪比。
3.根据权利要求1所述的窄线宽快调谐激光器，其特征在于所述的系统控制器(9)通过调节压电控制器(10)和温度控制器(13)控制压电陶瓷(11)与温控TEC(12)来改变窄带光纤光栅滤波器(7)的中心波长，使得窄带光纤光栅滤波器(7)中心波长和注入其中的光信号相互锁定。
4.根据权利要求3所述的窄线宽快调谐激光器，其特征在于所述的窄带光纤光栅滤波器(7)可以由温度控制器(13)控制温控TEC(12)实现大范围波长调节，或者由压电控制器(10)控制压电陶瓷(11)实现快速波长调谐，从而同时满足大范围和快速的波长调谐。
5.根据权利要求1-4任一所述的窄线宽快调谐激光器，其特征在于所述窄带光纤光栅滤波器(7)是窄带反射式光纤光栅。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113410753A (zh) * 2021-06-10 2021-09-17 深圳市大族光通科技有限公司 可调激光器调节电路及调节系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6188705B1 (en) * 1997-05-16 2001-02-13 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Fiber grating coupled light source capable of tunable, single frequency operation
CN1341986A (zh) * 2001-10-19 2002-03-27 清华大学 光纤光栅外腔半导体激光器的稳频装置及其稳频方法
US20060023999A1 (en) * 2004-06-29 2006-02-02 Stmicroelectronics S.R.I. Manufacturing of optical devices including bragg gratings
US20190260177A1 (en) * 2018-02-22 2019-08-22 United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa Frequency Agile Offset Locked Continuous Wave Laser

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6188705B1 (en) * 1997-05-16 2001-02-13 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Fiber grating coupled light source capable of tunable, single frequency operation
CN1341986A (zh) * 2001-10-19 2002-03-27 清华大学 光纤光栅外腔半导体激光器的稳频装置及其稳频方法
US20060023999A1 (en) * 2004-06-29 2006-02-02 Stmicroelectronics S.R.I. Manufacturing of optical devices including bragg gratings
US20190260177A1 (en) * 2018-02-22 2019-08-22 United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa Frequency Agile Offset Locked Continuous Wave Laser

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
古建标等: "1550nm波段窄线宽高调谐带宽激光光源", 《中国激光》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113410753A (zh) * 2021-06-10 2021-09-17 深圳市大族光通科技有限公司 可调激光器调节电路及调节系统

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