[實用新型]一種基于量子級聯(lián)激光器的全光純頻率調(diào)制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720520665.4
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN206685696U
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭琛;李澤仁;彭其先;朱禮國;劉喬
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: H01S5/042
• 分類號: H01S5/042;H01S5/024;H01S5/06
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙)51220
• 代理人: 王記明

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及自由空間紅外光通信技術(shù)、紅外激光光譜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于量子級聯(lián)激光器的全光純頻率調(diào)制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)中，量子級聯(lián)激光器作為一種廣泛使用的紅外相干光源，其具有線寬窄、功率高、可在室溫環(huán)境下工作等優(yōu)點。由于中紅外激光在大氣中的傳輸損耗低，使得其具有自由空間光通信的應(yīng)用優(yōu)勢；由于中紅外波段覆蓋了絕大多數(shù)氣體分子的指紋光譜區(qū)，所以使得是對于痕量氣體檢測具有巨大的優(yōu)勢。頻率調(diào)制技術(shù)可以調(diào)高量子級聯(lián)激光器的傳輸帶寬和光譜信號的信噪比，但頻率調(diào)制必定伴隨著振幅調(diào)制，振幅調(diào)制則影響著信號的準(zhǔn)確度，所以抑制振幅調(diào)制，實現(xiàn)純頻率調(diào)制是有著重要應(yīng)用價值的。

采用光、電結(jié)合的方式實現(xiàn)對量子級聯(lián)激光器純頻率調(diào)制雖然已有報道，然而，電調(diào)制的方式受寄生電容的影響，調(diào)制速度受到限制，無法實現(xiàn)高速調(diào)制，且光、電結(jié)合的方式受到激光器電流熱效應(yīng)，使得量子級聯(lián)激光器輸出波長紅移，降低了由光調(diào)制引起的激光頻率變化量，大大限制了紅外激光光譜技術(shù)和自由空間紅外光通訊技術(shù)的發(fā)展。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供一種基于量子級聯(lián)激光器的全光純頻率調(diào)制系統(tǒng)，解決電調(diào)制的方式受寄生電容的影響，調(diào)制速度受到限制，且光、電結(jié)合的方式受到激光器電流熱效應(yīng)，使得量子級聯(lián)激光器輸出波長紅移，降低了由光調(diào)制引起的激光頻率變化量的問題。

本實用新型通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于量子級聯(lián)激光器的全光純頻率調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于包括量子級聯(lián)激光器、高精度電流源、恒溫控制裝置、雙光束調(diào)制系統(tǒng)、光束準(zhǔn)直器、分束器、傅里葉紅外光譜儀、光束聚焦器、高頻紅外探測器、高精度示波器，其中：

量子級聯(lián)激光器：用于產(chǎn)生可見光或近紅外光；

高精度電流源：用于向量子級聯(lián)激光器提供直流或者脈寬為Tp、重復(fù)頻率為ωr的電流脈沖序列，使得量子級聯(lián)激光器工作在直流或脈沖模式下；

恒溫控制裝置：用于為量子級聯(lián)激光器提供一個恒定溫度的工作環(huán)境，保證量子級聯(lián)激光器的穩(wěn)定工作；

雙光束調(diào)制系統(tǒng)：用于對量子級聯(lián)激光器輸出的光進行兩種調(diào)制，其中一個增大調(diào)制，另一個減小調(diào)制，并且使得輸出光波長振蕩的幅值與可見光或近紅外光束光強成正比，實現(xiàn)量子級聯(lián)激光器的振幅、頻率調(diào)制、振幅抑制，實現(xiàn)純頻率調(diào)制，并輸出調(diào)制后的光波；

光束準(zhǔn)直器：對量子級聯(lián)激光器輸出的光波進行準(zhǔn)直調(diào)節(jié)并輸出至分束器；

分束器：將光束準(zhǔn)直器輸出的光波分成兩束功率相同的光束，其中一束經(jīng)耦合入傅里葉紅外光譜儀，另一束則經(jīng)過光束聚焦器聚焦在高頻紅外探測器的探測面上；

傅里葉紅外光譜儀：用于對量子級聯(lián)激光器輸出紅外光波長變化的測量；

高頻紅外探測器：將所探測到的光信號轉(zhuǎn)化成為電信號傳遞給高精度示波器，由高精度示波器實現(xiàn)信號的顯示。

本實用新型的量子級聯(lián)激光器可以是法布里-泊羅型量子級聯(lián)激光器，也可以是分布反饋型量子級聯(lián)激光器，通過高精度電流源向量子級聯(lián)激光器提供直流或者脈寬為T_p、重復(fù)頻率為ω_r的電流脈沖序列，使得量子級聯(lián)激光器工作在直流或脈沖模式下；通過恒溫裝置為量子級聯(lián)激光器提供一個恒定溫度的工作環(huán)境，保證量子級聯(lián)激光器的穩(wěn)定工作，通過雙光束調(diào)制系統(tǒng)對量子級聯(lián)激光器輸出的光進行調(diào)制，使得量子級聯(lián)激光器輸出光波長振蕩的幅值與可見光或近紅外光束光強成正比，實現(xiàn)量子級聯(lián)激光器的振幅、頻率調(diào)制、以及振幅抑制，實現(xiàn)純頻率調(diào)制，調(diào)制后的光波經(jīng)過光束準(zhǔn)直器和分束器后，分成兩束功率相同的光束，其中一束經(jīng)耦合入傅里葉紅外光譜儀，另一束則經(jīng)過光束聚焦器聚焦在高頻紅外探測器的探測面上，高頻紅外探測器將所探測到的光信號轉(zhuǎn)化成為電信號傳遞給高精度示波器，由高精度示波器實現(xiàn)信號的顯示，并由高精度電流源做同步觸發(fā)，最終獲得的信號可以傳遞給計算機做實時分析、處理、存儲，本實用新型的雙光束調(diào)制系統(tǒng)與量子級聯(lián)激光器配合后，實現(xiàn)了純頻率調(diào)制，相對于現(xiàn)有技術(shù)中的光電混合調(diào)制方式而言，其調(diào)制的速度不受寄生電容的影響而大大提高，也不受激光器電流熱效應(yīng)影響，解決了量子級聯(lián)激光器輸出波長紅移的問題，降低了由光調(diào)制引起的激光頻率變化量。

具體地講，所述的雙光束調(diào)制系統(tǒng)包括頻率調(diào)制光源、振幅調(diào)制抑制光源、多路同步輸出半導(dǎo)體激光器驅(qū)動、第一光束準(zhǔn)直器、第一光束聚焦器、以及第二光束準(zhǔn)直器、第二光束聚焦器，其中：