[發明專利]一種半導體激光器寬帶鎖頻方法及其鎖頻裝置

有效

• 申請號: 201210552912.0
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN103001123A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 鄒衛文;李樂遜;姜文寧;盧加林;吳龜靈;陳建平
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01S5/0687
• 分類號: H01S5/0687
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及一種光通信和光傳感技術領域的裝置，具體是一種半導體激光器寬帶鎖頻方法及其鎖頻裝置。

背景技術

激光鎖頻技術在光纖通信、光纖傳感領域中已經有了廣泛的應用。在這些領域的某些應用中對激光器輸出光頻率的穩定性要求比較高，而自由運行的激光器由于對注入電流和溫度的穩定性要求較高，很難達到這樣的穩定性。一般采用光鎖相環（OPLL）技術對激光器的頻率進行鎖定。

經對現有文獻檢索發現，光鎖相環技術需要激光器的線寬小于1MHz，并且整個環路延時要足夠小（小于10ns）才能穩定地工作(A.C.Bordonalli,C.Walton,and?A.J.Seeds,“High-performance?phase?locking?of?wide?linewidth?lasers?bycombineduse?of?optical?injection?locking?and?optical?phase-lock?loop,”J.Lightwave?Technol.17,328-342(1999).)。另外，光鎖相環的目的在于鎖相，對于只需要寬帶鎖定頻率不需要鎖定相位的應用中，比如基于布里淵散射的光纖傳感系統需要鎖定兩個激光器頻率差在11GHz左右，光鎖相環的鎖頻范圍較小（一般在3GHz以下）的劣勢就難以滿足要求，并且光鎖相環技術需要引入外部參考信號，也提高了整個系統的復雜度。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的缺陷，提供一種半導體激光器寬帶鎖頻裝置，其特征是包含：從激光器、從激光器溫度控制模塊、從激光器注入電流控制模塊、從光隔離模塊、從偏振控制模塊、主激光器、主激光器溫度控制模塊、主激光器注入電流控制模塊、主光隔離模塊、主偏振控制模塊、光差頻產生模塊、光電轉換模塊、差頻測量模塊和處理模塊；

上述元部件的連接關系如下：

所述的從激光器輸出第一路光信號，并依次經從光隔離模塊和從偏振控制模塊進入光差頻產生模塊的第一輸入端；

所述的主激光器輸出第二路光電信號，并依次經主光隔離模塊和主偏振控制模塊進入光差頻產生模塊的第二輸入端；

兩路電信號經光差頻產生模塊耦合后輸出差頻信號，并經光電轉換模塊進入差頻測量模塊，處理模塊控制差頻測量模塊進行差頻檢測，處理模塊將檢測結果進行處理，并分別反饋調整從激光器溫度控制模塊和從激光器注入電流控制模塊。

本發明能用于兩臺半導體分布反饋（DFB）激光器的高穩定寬帶鎖頻，高穩定光頻鎖定范圍可覆蓋50MHz至11GHz。主、從激光器的溫度控制驅動電路和注入電流控制電路被設計在同一塊印制電路板（PCB），它們的電源被共享電源。在此基礎上，根據主、從激光器輸出差頻的不同大小，首先利用比例-積分-微分（PID）算法控制溫度驅動電路，粗調從激光器的輸出頻率；利用PID算法控制電流驅動電路，微調從激光器的輸出頻率。經過粗調與微調后，使得主、從激光器的輸出差頻準確、穩定地鎖定在設定的頻率點上。

主、從激光器的溫度控制電路和注入電流控制電路設計在同一塊PCB上并使得共享電源能夠有效減小由于電源噪聲造成的激光器差頻抖動。另外，溫控PID算法和流控PID算法的組合可以實現寬帶大、頻率穩定的激光器差頻鎖定，而且簡單、可靠、易操作。與此同時，對于主、從激光器的線寬要求較小，使得裝置只需一般的DFB半導體激光器即可實現寬帶鎖頻，從而降低了對激光器本身的要求。

本發明還提供了一種半導體激光器寬帶鎖頻方法，其特征是，該方法包括步驟如下：

步驟1：啟動差頻測量模塊；

步驟2，處理模塊控制差頻測量模塊測得當前主激光器、從激光器的差頻頻率fp；

步驟3，處理模塊比較該差頻頻率fp與設置的預定頻率fs之差：

若該差值的絕對值小于設置的死區頻率范圍100MHz~11GHz，則執行步驟4，否則執行步驟6；

步驟4，處理模塊通過實現電流PID控制算法產生一個電流控制信號；

步驟5，處理模塊通過電流控制信號控制從激光器注入電流控制模塊，微調從激光器的輸出頻率后，返回步驟2，開始下一輪反饋控制；

步驟6，處理模塊通過溫度PID控制算法產生一個溫度控制信號；

步驟7，處理模塊通過溫度控制信號控制從激光器溫度控制模塊，粗調從激光器的輸出頻率，返回步驟2，開始下一輪反饋控制。

基于以上技術特點，本發明具有以下優點：