[發明專利]窄線寬激光頻率線性調諧裝置

有效

• 申請號: 201510340317.4
• 申請日: 2015-06-18
• 公開（公告）號: CN104917045B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 魏芳;蔡海文;董作人;陳迪俊;張學嬌;葉青;瞿榮輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 張澤純,張寧展

技術領域

本發明涉及激光頻率調諧，特別是一種窄線寬激光大范圍線性頻率快速調諧的裝置。

背景技術

具有窄線寬及大范圍快速線性調頻能力的激光光源在合成孔徑激光雷達、相干激光通信、高分辨率光譜、射頻信號光學產生、原子相干操縱等前沿基礎學科和高科技領域有著重要和廣泛的應用需求。經過幾十年的發展，激光器的相干性已經得到大幅提高，由激光器直接輸出激光的線寬可以達到1kHz以下，并且通過外部穩頻技術可以將激光線寬進一步壓窄到1Hz以下；而直接控制激光器腔內元件的外腔半導體激光器可以獲得幾十乃至上百納米的波長調諧，利用腔外部調制器或光學鎖相的方法可以實現對激光頻率快速靈活的操控，但如何在保證激光器相干性的同時提高其調頻的速度、范圍及線性度是目前激光技術發展面臨的一個很大的挑戰，故發展腔內或腔外的激光大范圍線性調頻技術具有重要意義和應用價值。

目前激光線性頻率調諧的方案主要有：

在先方案之一是利用主動光電反饋技術實現激光器的線性調頻技術，采用自零差或自外差探測技術表征調頻過程中的非線性，并利用所得到的拍頻信號經鑒頻電路給出相對于理想線性調頻的偏移，從而獲得誤差信號反饋到激光器的調頻端構成光電反饋環路，主動控制調頻線性化，該方案的調頻范圍、速度及調頻過程中激光的線寬主要由調頻激光器本身決定，且涉及到復雜的反饋控制電路，調頻的速度會進一步受到反饋控制電路反饋帶寬的限制【吳映,陳迪俊,孫延光,蔡海文,瞿榮輝.半導體激光器光電負反饋線性調頻技術研究.中國激光,vol.40,0902001,2013】【唐禹,林濤,汪路鋒,秦寶,胡睿南.一種產生激光線性調頻信號的方法.201410317540.2.2014】。

在先方案之二是利用聲光調制器(AOM)及電光調制器(EOM)等可調諧移頻器件在激光器外部實現的，通過線性調諧器件的射頻驅動信號便可得到快速調頻激 光。聲光調制器一般用于幾百兆赫茲量級的移頻，對100MHz范圍內的頻率調諧轉換效率高達90％，但對于上吉赫茲的移頻衍射效率會發生下降【J.Biesheuvel,D.W.E.Noom,E.J.Salumbides,K.T.Sheridan,W.Ubachs,J.C.J.Koelemeij.Widely tunable laser frequency offset lock with 30GHz range and 5THz offset.Optics Express,vol.21,14008-14016,2013】；電光調制器可以產生大范圍的頻率調諧，目前已經實現了0.2s內120GHz的頻率調諧，但是對于電光相位調制器及強度調制器而言，往往會產生高階邊帶而導致信噪比下降，并且理論上其一階邊帶轉換效率最高只能達到34％，單邊帶調制器可以有效地抑制其它邊帶成份而只保留+1或－1階邊帶，但其轉換效率理論上最高也只能達到58％【D.Y.Kubo,R.Srinivasan,H.Kiuchi,Chen Ming-Tang.Development of a Mach-Zehnder Modulator Photonic Local Oscillator Source.Microwave Theory and Techniques,IEEE Transactions on,vol,61,3005-3014,2013】【T.Kawanishi,M.Izutsu.Linear single-sideband modulation for high-SNR wavelength conversion.Ieee Photonics Technology Letters,vol,16,1534-1536,2004】。該方案可以在調頻過程中保留激光的窄線寬特性，且調頻速度很快，但其調頻范圍及轉換效率較低。