[發明專利]一種半導體激光器的無調制穩頻方法和裝置

有效

• 申請號: 201610940744.0
• 申請日: 2016-10-25
• 公開（公告）號: CN107437722B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 林中晞;林琦;蘇輝;陳景源;徐玉蘭
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: H01S5/0687
• 分類號: H01S5/0687
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;張祖萍

本發明涉及一種半導體激光器的無調制穩頻裝置及方法，其中該裝置包括：半導體激光器、光學鑒頻裝置、鑒頻信號處理單元、激光器綜合控制微處理單元以及驅動電路；其中，該激光器根據所述驅動電路提供的驅動電流或驅動電壓信號產生激光；光學鑒頻裝置用于對該激光器產生的激光光束進行分束和檢測，以得到鑒頻所需的各分束的光信號所對應的電信號；鑒頻信號處理單元用于對該電信號進行處理產生誤差信號；激光器綜合控制微處理單元用于將誤差信號轉化為調節信號；驅動電路用于根據調節信號輸出驅動電流或驅動電壓。本發明解決了現有可調諧激光器的穩頻采用鎖相穩頻時控制系統復雜的問題，并且光路結構簡單，抗干擾能力強。

技術領域

本發明屬于半導體激光器領域，具體涉及一種半導體激光器的無調制穩頻方法和裝置。

背景技術

半導體激光器因具有體積小、線寬窄、波長可調諧等優點而被廣泛應用于光通信、LIDAR、激光器氣體分析、原子鐘等領域。以半導體DFB激光器為例，其線寬普遍可以做到1MHz左右，但是受制于TEC控制溫度和LD驅動電流(或驅動電壓)的控制精度，以及環境熱效應、振動等外部影響，頻率漂移導致激光頻率的長時間穩定性較差，無法滿足精密測量應用的要求。為了提高半導體激光器頻率穩定性，需要為激光器搭配主動穩頻裝置，即選擇一個穩定的參考標準頻率為基準，如原子或分子的特征吸收峰、法布里-珀羅諧振峰等，探測激光頻率與基準頻率之間的相對偏移，產生誤差信號，通過反饋電路去調節LD的驅動電流(或驅動電壓)，使其鎖定回到標準頻率上。

常用的激光穩頻方法是差分鎖頻技術和鎖相穩頻技術。差分鎖頻技術中，將激光頻率鎖定在基準頻率的斜坡上，將頻率改變量轉化為強度改變量，利用探測器記錄頻率相關的強度變化并與基準電壓信號比較，進而鎖定頻率，該方法結構簡單，但是由于探測信號具有正弦對稱性，即無法區分探測信號與基準點的相對位置，必然影響鎖頻的準確度，此外，若激光頻率位于正弦信號的極大值或極小值附近，其對應的光強-頻率曲線的斜率較小，對鎖頻的效果也有比較大的影響。鎖相穩頻技術中，將激光頻率無漂移鎖定在基準頻率的峰值點上，通過在探測光信號上加入一個電調制信號，可以準確判定激光頻率與基準源頻率的峰值點的相對位置，進而實現很好的穩頻效果，可以有效克服差分鎖頻技術中存在的上述問題，但是其電調制系統的結構比較復雜，更適用于固定頻率點的穩頻，對于需要對激光頻率進行一定范圍的掃描的情況，則必須采用外置法布里-珀羅干涉儀、馬赫-曾德干涉儀等來精密調節基準頻率的峰值位置，使其與設定頻率一致后才可用于鎖頻，這會進一步增大系統的復雜程度，同時額外引入的精密控制元件，如PZT等價格較高，不利于應用推廣。

近年來，人們在無調制技術方面進行了廣泛的研究，也提出了多種解決方案，其中比較突出的技術有：基于塞曼效應鎖頻和利用光的正交偏振特性來實現鎖頻等，前者需要外加磁場，而后者的光路結構復雜且對環境十分敏感。因此，有必要研制出一種用于半導體激光器的結構簡單且無調制的精確穩頻方案。

發明內容

本發明提供一種半導體激光器的無調制穩頻方法和裝置，技術方案如下：

一種半導體激光器的無調制穩頻裝置，包括：半導體激光器、光學鑒頻裝置、鑒頻信號處理單元、激光器綜合控制微處理單元以及驅動電路；

其中，半導體激光器作為光源，可根據所述驅動電路提供的驅動電流或驅動電壓信號產生激光；

光學鑒頻裝置用于對半導體激光器的光束進行分束和檢測，以得到鑒頻所需的各分束的光信號所對應的電信號；

鑒頻信號處理單元用于對光學鑒頻裝置檢測到的電信號進行處理，以產生穩頻控制所需的誤差信號；

激光器綜合控制微處理單元用于接收鑒頻信號處理電路產生的誤差信號，并將其轉化為對驅動電路的調節信號；

驅動電路用于根據上述調節信號輸出作為半導體激光器的控制信號的驅動電流或驅動電壓，從而控制半導體激光器工作。