[發明專利]電調相的窄線寬高穩頻集成外腔激光器及穩頻方法

在審

• 申請號: 202310546765.4
• 申請日: 2023-05-15
• 公開（公告）號: CN116505369A
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 郝智彪;喬泓博;王健;汪萊;孫長征;羅毅
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01S5/14
• 分類號: H01S5/14;H01S5/026;H01S5/0687;H01S5/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 黃德海

本申請涉及一種電調相的窄線寬高穩頻集成外腔激光器及穩頻方法，其中，包括：輸入組件，用于產生第一激光信號；移相器，用于接收輸入組件傳輸的第一激光信號，并在預設條件下對第一激光信號進行移相得到第二激光信號；電調濾波反饋組件，用于接收第二激光信號，并對第二激光信號進行濾波獲取窄譜光信號，并在預設條件下對第一激光信號進行電調諧；原子鑒頻系統，用于接收窄譜光信號生成鑒頻信號；控制器，用于基于鑒頻信號調節移相器與電調濾波反饋結構的調諧電極電壓進行穩頻。由此，解決了現有熱調相集成外腔窄線寬穩頻激光器存在的調諧響應速度慢或功率損耗大等缺陷，導致從鑒頻到移頻之間時延長及鑒頻信號強度較低，極大影響穩頻效果等問題。

技術領域

本申請涉及激光器穩頻技術領域，特別涉及一種電調相的窄線寬高穩頻集成外腔激光器及穩頻方法。

背景技術

近年來，隨著基于原子物理機理的量子技術的發展，高精度授時、探測與導航正在成為新的熱點研究方向；由于高精度器件的實現方案往往涉及原子的超精細結構，現有研究中經常需要窄線寬高穩頻的半導體二極管激光器提供泵浦光，以誘發干涉、超精細能級躍遷、相干布居囚禁等多種原子物理機制，例如，在高精度授時領域，光鐘器件需要窄線寬高穩頻激光與堿金屬原子時鐘躍遷鎖定，為時鐘信號生成提供超穩定頻率基準；再如，在高精度探測領域，相干布居囚禁原子磁力儀基于塞曼效應探測弱磁場，需要兩束不同頻率的泵浦光誘發相干布居囚禁現象，提高該激光的穩定度有利于提高磁探信號的信噪比。

相似地，在高精度導航領域，陀螺儀作為慣性器件在自主導航中起關鍵作用，而量子陀螺作為目前分辨率最高的陀螺儀，其基于原子干涉原理對慣性力造成的相位改變進行相干探測，這一過程對頻率高度敏感，需要由窄線寬高穩頻激光實現。

由此可知，窄線寬高穩頻激光器作為自主授時，航磁地磁測量，慣性導航等多個實用領域的基礎性器件之一，具有廣闊的應用前景。

對于此類激光器，其核心性能指標是線寬與頻率穩定度，普通法布里-珀羅腔二極管激光器往往受多種譜線加寬機制與環境熱擾動的影響，而具有GHz量級的線寬與低頻率穩定度，從而不能穩定輸出精準的頻率；此外，基于管芯溫度的激射頻率調諧同時影響有源區溫度，為輸出功率等特性帶來不確定性，不利于對接穩頻需求，而集成外腔激光器方案具有線寬窄、頻率可調諧性好的優點，是實現窄線寬高穩頻激光器的主流方案之一。

常見的外腔窄線寬激光器方案主要基于硅基或氮化硅基外腔平臺，基于熱光調諧調整激光器的激射頻率，但是熱光調諧的響應速度嚴重限制了頻率調諧的速度，進而限制了激光器的穩頻特性；近年來，以smart-cut等方法制備薄膜鈮酸鋰基片的技術逐漸成熟，由于鈮酸鋰材料具有0.4-5μm的寬透明窗口與高一階電光系數，其優良的光電特性為波導型調制器、可調諧微環外腔等應用領域提供了新的解決方案。

然而，現有的薄膜鈮酸鋰外腔窄線寬激光器未能很好對接穩頻系統的需求，存在易跳模或功率損耗大等缺陷，限制了頻率調諧范圍并導致頻率高度不穩定，且容易導致低鑒頻信號強度，降低了穩頻效果，亟待解決。

發明內容

本申請提供一種電調相的窄線寬高穩頻集成外腔激光器及穩頻方法，以解決現有的熱調相集成外腔窄線寬穩頻激光器存在的調諧響應速度慢或功率損耗大等缺陷，導致從鑒頻到移頻之間的時延長以及鑒頻信號強度較低，極大影響穩頻效果等問題。

本申請第一方面實施例提供一種電調相的窄線寬高穩頻集成外腔激光器，包括：輸入組件，用于產生第一激光信號；移相器，用于接收所述輸入組件傳輸的第一激光信號，并在預設條件下，對所述第一激光信號進行移相，得到第二激光信號；電調濾波反饋組件，用于接收所述移相器傳輸的第二激光信號，并對所述第二激光信號進行濾波并反饋回所述輸入組件，以獲取窄譜光信號，并在所述預設條件下，對所述第一激光信號進行電調諧；原子鑒頻系統，用于接收所述電調濾波反饋組件輸出的所述窄譜光信號，生成鑒頻信號，以及控制器，用于基于所述鑒頻信號，根據預設控制策略調節所述移相器與所述電調濾波反饋組件的調諧電極電壓，改變所述第一激光信號頻率，直至所述第一激光信號達到預設穩頻條件。