[發明專利]一種半導體激光器的穩頻系統

在審

• 申請號: 202010423890.2
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111628408A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 張尚劍;趙音哲;何禹彤;劉永
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01S5/0687
• 分類號: H01S5/0687;H01S5/068
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種穩定半導體激光器頻率的方法。本方案主要利用受激布里淵散射的泵浦光頻率與布里淵頻移量的對應關系構建鑒頻曲線從而進行激光器的主動穩頻與頻率調諧。穩頻方案由半導體激光器、環形器、耦合器、摻鉺光纖放大器、光電探測器、伺服控制器構成。泵浦光經過摻鉺光纖放大器進行功率放大，然后通過環形器輸出，通過耦合器上下兩路經過兩段光纖進行受激布里淵散射，兩路后向散射光合束后通過環形器到達光電探測器拍頻能夠產生一個低頻的電信號，根據所獲取的電信號與泵浦光對應的關系來獲得泵浦光頻率，利用伺服控制器反饋控制激光器從而達到穩頻控頻的目的。本方案基于受激布里淵散射的特性，能夠將泵浦光頻率線性映射到低頻電信號上，系統簡單，成本低廉，在穩頻控頻方面具有較好的應用價值。

技術領域

本發明涉及光電子技術領域，具體涉及為一種半導體激光器的穩頻系統。

背景技術

激光器是光學系統中不可或缺的基本元器件，半導體激光器具有體積小、重量輕、壽命長、功耗低、價格低廉、易于調制等優點，在光纖通信系統中得到廣泛的應用。隨著光通信的不斷發展，對半導體激光器的頻率穩定性要求越來越高，但是半導體激光器自由運轉時其輸出很不穩定，輸出頻率會隨時間有較大的波動，頻率穩定性差，因此采用主動穩頻的方式對半導體激光器的頻率進行穩定具有很重要的意義。

通常，激光器的主動穩頻技術有蘭姆凹陷法，原子分子飽和吸收譜穩頻法，基于光學諧振腔共振PDH(Pound-Drever-Hall)穩頻法等。蘭姆凹陷穩頻法是利用非均勻加寬線性增益曲線的燒孔效應，以增益曲線的中心頻率作為參考頻率，但是其有一個范圍，不能將激光器頻率穩定在一個點上，同時易受到放電條件影響，并且復現性較差。飽和吸收譜穩頻法由于原子分子的躍遷譜線一般是固定的，所以只能針對某些特定波長的激光才能夠進行穩頻，應用受限。PDH法需要額外的參考信號，同時需要調制器，混頻器等器件，且對于不同頻率的信號，需要調整諧振腔，結構復雜，成本高。目前，需要發展一種能夠滿足任意頻率穩定的方案，同時降低整個系統的復雜度。為了解決以上問題，本發明利用受激布里淵頻移與泵浦光頻率的線性關系，通過使得泵浦光在兩種傳輸介質中發生受激布里淵散射，后向散射所產生兩路頻率不同的斯托克斯光進行拍頻，利用拍頻得到的電信號與泵浦光的頻率的對應關系作為鑒頻曲線進行穩頻，具有可對任意頻率進行穩定的優勢，并且結構簡單，成本低，便于集成。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠對激光器輸出的激光頻率進行穩定控制的系統和方法，所述系統包括：半導體激光器(1)，摻鉺光纖放大器(2)，光纖環形器(3)，光纖耦合器(4)，散射介質光纖(5)，散射介質光纖(6)，光電探測器(7)，伺服控制器(8)。激光器發出的泵浦光經過摻鉺光纖放大器進行功率放大以便達到受激布里淵散射的所需的功率閾值，放大后的泵浦光經過環形器到達耦合器分為上下兩路，上下兩路分別連接兩路光纖作為受激布里淵散射的散射介質。兩路光纖的非線性特性存在微小差異，泵浦光在兩路光纖中發生受激布里淵散射產生頻率不同的兩路斯托克斯散射光，兩路散射光通過耦合器合成一路，經過光纖環形器出射到達光電探測器進行拍頻，伺服控制器采集探測器的拍頻信號，獲得電信號的頻率信息，計算機根據鑒頻曲線計算出所對應的激光器頻率，當泵浦光的頻率發生漂移時，拍頻信號的頻率也發生改變從而偏離參考信號，伺服控制器得到一個誤差參考信號，通過反饋控制激光器使得到的電信號鎖定在鑒頻曲線所對應的頻點上，完成激光器的穩頻。

一種半導體激光器的穩頻系統，具體的實施過程主要包括以下幾個步驟：

一、首先激光器發出的泵浦光經過摻鉺光纖放大器進行功率放大從而達到發生受激布里淵散射的功率閾值，放大后的激光通過環形器到達耦合器分為上下兩路，上下兩路連接兩路光纖作為散射介質，泵浦光入射到兩路光纖中發生受激布里淵散射；

二、泵浦光在在散射介質中產生受激布里淵散射，所述的兩個散射介質的非線性系數存在微小差異，受激布里淵效應產生散射光的頻率也存在微小差異，兩路散射光經過耦合器合成一路到達光電探測器進行拍頻，得到兩路散射光頻率差頻的低頻信號，這一信號輸入到伺服控制器中進行檢測；