CN113097842B - 一种基于保偏光纤的超稳激光系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及超稳激光领域，提供了一种基于保偏光纤的超稳激光系统，包括激光器、声光调制器、分束器、起偏器、光纤干涉仪、合束器、偏振分束器、光电探测器、频率综合器、混频器、伺服反馈电路、压电陶瓷。本发明利用保偏光纤快慢轴折射率随温度变化情况不同来消除温度的干扰，可以避免采用真空结构，具有成本低、系统小、结构简单、信号稳定度高等优点。

Description

一种基于保偏光纤的超稳激光系统
技术领域
本发明涉及超稳激光领域，尤其涉及一种基于保偏光纤的超稳激光系统。
背景技术
超稳激光器不仅仅是原子光频标的重要组成部分，还广泛应用于超低噪声微波信号的产生、喷泉钟的升级、光频传输网络、引力波的测量以及相对论的验证等。
目前实现窄线宽超稳激光的方法有利用高精细度法布里-珀罗(Fabry-Perot)腔进行稳频、光谱烧孔法以及光纤干涉仪稳频方法。其中高精细度腔稳频方法是应用最广泛方法，目前世界上性能最好的超稳激光就是采用该方法。但是后面两种方法也表现出显著的潜力，特别是光纤干涉仪稳频激光器，相比较腔稳频方法，具有其特有的发展优势。
所谓的光纤干涉仪稳频激光器，是利用光纤构成光纤干涉仪对激光频率进行鉴频，得到误差信号，反馈给激光的频率控制端口，实现频率锁定。光纤干涉仪包括迈克尔逊(Michelson)干涉仪、马赫-曾德(Mach-Zehner)干涉仪以及环形干涉仪。光纤干涉仪整个系统采用全光纤结构，结构简单，系统稳定。系统可小型化，价格便宜。同时容易对频率进行调谐。但也存在一些缺点，比如对环境参数敏感，温度漂移相对超稳腔大。因此通常需要采用真空结构以屏蔽热对流等热交换，这就极大限制了系统复杂性和体积的改善。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于保偏光纤的超稳激光系统，利用保偏光纤快慢轴折射率随温度变化情况不同的特性，采用调制解调模块进行误差探测，在慢轴初步稳频的基础上，反馈快轴回路进行稳频补偿，在探测光纤温度的同时，实现超稳激光的输出。
本发明的技术方案如下：
一种基于保偏光纤的超稳激光系统，其特征在于，包括激光器、第一声光调制器、第一分束器、第二声光调制器、起偏器、第二分束器、光纤延迟线、第三声光调制器、合束器、偏振分束器、第一光电探测器、第二光电探测器、第一混频器、第二混频器、射频综合器和伺服反馈电路。
所述激光器的输出光依次经所述第一声光调制器和第一分束器后，分为二束，其中，一束进入所述第二声光调制器，另一束经所述起偏器起偏后，进入所述第二分束器，该第二分束器的第一输出端通过光纤错位熔接方式与所述的合束器的第一输入端相连，第二分束器的第二输出端通过光纤错位熔接方式依次经所述的光纤延迟线和第三声光调制器与所述的合束器第二输入端相连，经合束器合束后进入所述偏振分束器，经偏振分束器分为第一束光和第二束光输出，所述的第一束光经过所述第一光电探测器得到第一拍频信号，并射入所述第一混频器的RF端，所述的第二束光经过所述第二光电探测器得到第二拍频信号，并射入所述第二混频器的RF端；
所述射频综合器输出三路射频信号，第一路进入所述第三声光调制器用于激光移频，第二路进入所述第一混频器的LO端，得到第一鉴频信号，并进入所述伺服反馈装置，构成用于激光器稳频的反馈回路，第三路进入所述第二混频器的LO端，得到第二鉴频信号，并进入所述第二声光调制器进行调制，输出超稳激光。
所述的起偏器的设置，可以让入射激光沿一个方向偏振出射。
所述的光纤干涉仪为不等臂的干涉仪，其误差信号的探测为外差式探测。
所述的光纤错位熔接的设置可以让快轴和慢轴相对于没有错位熔接的快慢轴旋转一定角度，从而使入射激光可以分别投射在快慢轴上，提高检测的准确性。
所述的光纤为保偏光纤，其快轴与慢轴的折射率随温度的变化情况不同，在一路粗锁定的情况下，提取另一路的相位噪声进行标定，可以消除温度的干扰。
所述的偏正分束器的设置可以将鉴频后的激光分束为s光和p光，再分别由光电探测器探测。
可选地，所述装置的光路为基于保偏光纤的全光纤光路。
可选地，所述干涉仪为不等臂的马赫-曾德光纤干涉仪。
可选地，所述干涉仪的误差信号的探测使用的是外差式探测。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)利用保偏光纤快慢轴折射率随温度的变化情况不同的特性，结合光纤错位熔接技术，在一路粗锁定的情况下，提取另一路的相位噪声进行标定，再通过伺服反馈装置，消除了光纤温度的干扰。
2)不再需要真空环境下对光纤温度的精准控制，减少了系统的复杂性，使超稳激光系统结构更加的简单、便捷，同时大大降低了超稳激光系统的构建成本，减小了系统体积。
附图说明
图1为本发明一种基于保偏光纤的超稳激光系统具体实施例的示意图
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方案作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但并不用来限制本发明的范围。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。
实施例
图1为本发明一种基于保偏光纤的超稳激光系统的结构示意图。如图1所示，一种基于保偏光纤的超稳激光系统的结构包括：激光器(1)、第一声光调制器(2)、第一分束器(3)、第二声光调制器(4)、起偏器(5)、第二分束器(6)、光纤延迟线(7)、第三声光调制器(8)、合束器(9)、偏振分束器(10)、第一光电探测器(11)、第二光电探测器(12)、第一混频器(13)、第二混频器(14)、射频综合器(15)和伺服反馈电路(16)。
所述激光器输出激光波长为1550nm，输出光依次经所述第一声光调制器和第一分束器后，分为二束，其中，一束进入所述第二声光调制器，另一束经所述起偏器起偏后，进入所述第二分束器，该第二分束器的第一输出端通过光纤45度错位熔接方式与所述的合束器的第一输入端相连，第二分束器的第二输出端通过光纤45度错位熔接方式依次经所述的光纤延迟线和第三声光调制器与所述的合束器第二输入端相连，经合束器合束后进入所述偏振分束器，经偏振分束器分为s光和p光，分别用第一高速光电探测器和第二高速光电探测器探测经过鉴频装置后的拍频信号。
采用调制解调的方式探测激光噪声，使用所述射频综合器提供fAOM＝80MHz的信号驱动干涉仪长臂声光调制器进行光调制。经由高速光电探测器探测后的两路信号，第一路频率为
Figure BDA0002997098690000021
进入所述第一混频器，与所述射频综合器产生的fAOM＝80MHz信号拍频得到第一鉴频信号，进入伺服反馈装置构成用于激光器稳频的反馈回路；第二路频率为
Figure BDA0002997098690000022
进入所述第二混频器，与射频综合器产生的fAOM＝80MHz信号拍频得到第二鉴频信号，进入第二声光调制器进行调制，输出超稳激光。
在具体应用中，举例来说，所述第一混频器得到的误差信号进入所述伺服反馈电路，所述伺服反馈电路可以通过压控振荡器将快速变化信号反馈给声光调制器，慢速信号反馈给压电陶瓷频率控制端口以对激光器进行稳频。所述错位熔接为45度错位熔接。所述干涉仪为不等臂马赫-曾德式光纤干涉仪。所述分束器为偏振分束器。
综上，采用本实施例所提供的保偏超稳激光系统，具有如下技术效果：
(1)本实施例利用保偏光纤快慢轴折射率随温度变化情况不同这一特点来消除了温度的干扰，大大提高了激光输出的稳定性，且不会带来额外噪声。
(2)本实施例采用45度熔接的方式来检测线偏振光在快轴和慢轴上的折射率变化，提高了系统检测的准确性，同时通过分别检测可以更好地设计反馈系统，进而使输出激光更加稳定。

Claims (4)

1.一种基于保偏光纤的超稳激光系统，其特征在于，包括激光器（1）、第一声光调制器（2）、第一分束器（3）、第二声光调制器（4）、起偏器（5）、第二分束器（6）、光纤延迟线（7）、第三声光调制器（8）、合束器（9）、偏振分束器（10）、第一光电探测器（11）、第二光电探测器（12）、第一混频器（13）、第二混频器（14）、射频综合器（15）和伺服反馈电路（16）；
所述激光器（1）的输出光依次经所述第一声光调制器（2）和第一分束器（3）后，分为二束，其中，一束进入所述第二声光调制器（4），另一束经所述起偏器（5）起偏后，进入所述第二分束器（6），该第二分束器（6）的第一输出端通过光纤错位熔接方式与所述的合束器（9）的第一输入端相连，第二分束器（6）的第二输出端通过光纤错位熔接方式依次经所述的光纤延迟线（7）和第三声光调制器（8）与所述的合束器（9）第二输入端相连，经合束器（9）合束后进入所述偏振分束器（10），经偏振分束器（10）分为第一束光和第二束光输出，所述的第一束光经过所述第一光电探测器（11）得到第一拍频信号，并射入所述第一混频器（13）的RF端，所述的第二束光经过所述第二光电探测器（12）得到第二拍频信号，并射入所述第二混频器（16）的RF端；
所述射频综合器（15）输出三路射频信号，第一路进入所述第三声光调制器（8）用于激光移频，第二路进入所述第一混频器（13）的LO端，得到第一鉴频信号，并进入所述伺服反馈装置（16），构成用于激光器稳频的反馈回路，第三路进入所述第二混频器（14）的LO端，得到第二鉴频信号，并进入所述第二声光调制器（4）进行调制，输出超稳激光；
利用保偏光纤快慢轴折射率随温度的变化情况不同的特性，结合光纤错位熔接技术，采用调制解调模块进行误差探测，在慢轴初步稳频的基础上，反馈快轴回路进行稳频补偿，实现超稳激光的输出；
所述装置的光路为基于保偏光纤的全光纤光路。
2.根据权利要求1所述的一种基于保偏光纤的超稳激光系统，其特征在于，所述的光纤干涉仪为不等臂的干涉仪，其误差信号的探测为外差式探测。
3.根据权利要求1所述的一种基于保偏光纤的超稳激光系统，其特征在于，所述的光纤错位熔接方式让快轴和慢轴相对于没有错位熔接的快慢轴旋转一定角度，使入射激光可以分别投射在快慢轴上，提高检测的准确性。
4.根据权利要求1所述的一种基于保偏光纤的超稳激光系统，其特征在于，所述的偏振分束器将鉴频后的激光分束为p光和s光，再分别由光电探测器探测。
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