本發(fā)明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(jí)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(jí)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(diǎn)。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(shì)；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(duì)于痕量氣體檢測(cè)具有巨大的優(yōu)勢(shì)。頻率調(diào)制技術(shù)可以調(diào)高量子級(jí)聯(lián)激光器的傳輸帶寬和光譜信號(hào)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(hào)的準(zhǔn)確度，所以抑制振幅調(diào)制，實(shí)現(xiàn)純頻率調(diào)制是有著重要應(yīng)用價(jià)值的。

采用光、電結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)量子級(jí)聯(lián)激光器純頻率調(diào)制雖然已有報(bào)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(shí)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(jí)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。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于量子級(jí)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(jí)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。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于量子級(jí)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(jí)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(cè)器、高精度示波器，其中：

量子級(jí)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(jí)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(jí)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(jí)聯(lián)激光器提供一個(gè)恒定溫度的工作環(huán)境，保證量子級(jí)聯(lián)激光器的穩(wěn)定工作；

雙光束調(diào)制系統(tǒng)：用于對(duì)量子級(jí)聯(lián)激光器輸出的光進(jìn)行兩種調(diào)制，其中一個(gè)增大調(diào)制，另一個(gè)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(qiáng)成正比，實(shí)現(xiàn)量子級(jí)聯(lián)激光器的振幅、頻率調(diào)制、振幅抑制，實(shí)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(duì)量子級(jí)聯(lián)激光器輸出的光波進(jìn)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(cè)器的探測(cè)面上；

傅里葉紅外光譜儀：用于對(duì)量子級(jí)聯(lián)激光器輸出紅外光波長變化的測(cè)量；

高頻紅外探測(cè)器：將所探測(cè)到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化成為電信號(hào)傳遞給高精度示波器，由高精度示波器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的顯示。

本發(fā)明的量子級(jí)聯(lián)激光器可以是法布里-泊羅型量子級(jí)聯(lián)激光器，也可以是分布反饋型量子級(jí)聯(lián)激光器，通過高精度電流源向量子級(jí)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(jí)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(jí)聯(lián)激光器提供一個(gè)恒定溫度的工作環(huán)境，保證量子級(jí)聯(lián)激光器的穩(wěn)定工作，通過雙光束調(diào)制系統(tǒng)對(duì)量子級(jí)聯(lián)激光器輸出的光進(jìn)行調(diào)制，使得量子級(jí)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(qiáng)成正比，實(shí)現(xiàn)量子級(jí)聯(lián)激光器的振幅、頻率調(diào)制、以及振幅抑制，實(shí)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(cè)器的探測(cè)面上，高頻紅外探測(cè)器將所探測(cè)到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化成為電信號(hào)傳遞給高精度示波器，由高精度示波器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的顯示，并由高精度電流源做同步觸發(fā)，最終獲得的信號(hào)可以傳遞給計(jì)算機(jī)做實(shí)時(shí)分析、處理、存儲(chǔ)，本發(fā)明的雙光束調(diào)制系統(tǒng)與量子級(jí)聯(lián)激光器配合后，實(shí)現(xiàn)了純頻率調(diào)制，相對(duì)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(jí)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(dòng)、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：

多路同步輸出半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)：用于提供幅值為a的直流或重復(fù)頻率為ωm的電流脈沖序列，使得頻率調(diào)制光源工作在直流或脈沖模式下；同時(shí)提供幅值為b的直流或重復(fù)頻率為ωm的電流脈沖序列，且與頻率調(diào)制光源的驅(qū)動(dòng)電流保持同步，使得振幅調(diào)制抑制光源工作在直流或脈沖模式下；

頻率調(diào)制光源：作為可見或近紅外的激光光源，產(chǎn)生中心波長為λ1的可見或近紅外光束，并通過第一光束準(zhǔn)直器和第一光束聚焦器后將可見或近紅外光束聚焦在量子級(jí)聯(lián)激光器的出射端面，引起量子級(jí)聯(lián)激光器輸出的紅外光波以頻率ωm振蕩，且振幅增大，輸出光波長振蕩的幅值與可見光或近紅外光束光強(qiáng)成正比；

振幅調(diào)制抑制光源：作為可見或近紅外的激光光源，產(chǎn)生中心波長為λ2的可見或近紅外光束，其中λ1>λ2，并通過第二光束準(zhǔn)直器和第二光束聚焦器后將可見或近紅外光束聚焦在量子級(jí)聯(lián)激光器的出射端面，引起量子級(jí)聯(lián)激光器輸出的紅外光波以頻率ωm振蕩，且振幅減小，輸出光波長振蕩的幅值與可見光或近紅外光束光強(qiáng)成正比。

本發(fā)明的核心就是雙光束調(diào)制系統(tǒng)，頻率調(diào)制光源的中心波長為λ1；通過多路同步輸出半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)提供幅值為a的直流或重復(fù)頻率為ωm的電流脈沖序列，使得頻率調(diào)制光源工作在直流或脈沖模式下；并通過第一光束準(zhǔn)直器和第一光束聚焦器將可見或近紅外光束聚焦在量子級(jí)聯(lián)激光器的出射端面，引起量子級(jí)聯(lián)激光器輸出的紅外光波以頻率ωm振蕩，且振幅增大，輸出光波長振蕩的幅值與可見光或近紅外光束光強(qiáng)成正比，從而實(shí)現(xiàn)分布反饋式量子級(jí)聯(lián)激光器的振幅、頻率調(diào)制；振幅調(diào)制抑制光源的中心波長為λ2，其中λ1>λ2；通過多路同步輸出半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)提供幅值為b的直流或重復(fù)頻率為ωm的電流脈沖序列，且保證與頻率調(diào)制光源的驅(qū)動(dòng)電流保持同步，使得振幅調(diào)制抑制光源工作在直流或脈沖模式下；并通過第二光束準(zhǔn)直器和第二光束聚焦器將可見或近紅外光束聚焦在量子級(jí)聯(lián)激光器的出射端面，引起量子級(jí)聯(lián)激光器輸出的紅外光波以頻率ωm振蕩，且振幅減小，輸出光波長振蕩的幅值與可見光或近紅外光束光強(qiáng)成正比，從而實(shí)現(xiàn)分布反饋式量子級(jí)聯(lián)激光器的振幅抑制，實(shí)現(xiàn)純頻率調(diào)制；頻率調(diào)制光源、振幅調(diào)制抑制光源所輸出的可見或近紅外光同步，兩者均由通過多路同步輸出半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)提供的直流或幅值不同、相位相同、重復(fù)頻率為ωm的電流脈沖序列驅(qū)動(dòng)，使得由頻率調(diào)制光源所引起的量子級(jí)聯(lián)激光器輸出紅外光正振幅調(diào)制同時(shí)被由振幅調(diào)制抑制光源所引起的量子級(jí)聯(lián)激光器輸出紅外光負(fù)振幅調(diào)制抵消，實(shí)現(xiàn)純頻率調(diào)制。

所述頻率調(diào)制光源所發(fā)出的可見或近紅外光，其對(duì)應(yīng)的光子能量與量子級(jí)聯(lián)激光器中價(jià)帶頂與導(dǎo)帶激光上能級(jí)的帶隙能量相等或相差不大于1個(gè)聲子能量；振幅調(diào)制抑制光源所發(fā)出的可見或近紅外光，其對(duì)應(yīng)的光子能量大于量子級(jí)聯(lián)激光器中價(jià)帶頂與導(dǎo)帶激光上能級(jí)的帶隙能量。具體地講，為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，通過對(duì)雙光束調(diào)制系統(tǒng)的光波能量進(jìn)行不同的實(shí)驗(yàn)和理論驗(yàn)證后，找到了最佳的實(shí)施方案：采用頻率調(diào)制光源所發(fā)出的可見或近紅外光，其對(duì)應(yīng)的光子能量接近于量子級(jí)聯(lián)激光器中帶隙較小的半導(dǎo)體材料帶隙能量，通過光致激發(fā)使得量子級(jí)聯(lián)激光器諧振腔內(nèi)部電子由價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶激光上能級(jí)，進(jìn)而增加了導(dǎo)帶激光上能級(jí)上的電子數(shù)目，增加了激光增益，實(shí)現(xiàn)了對(duì)量子級(jí)聯(lián)激光器的正振幅調(diào)制，與此同時(shí)，導(dǎo)帶激光上能級(jí)電子數(shù)目的增加，將改變量子級(jí)聯(lián)激光器的諧振腔折射率，從而改變了量子級(jí)聯(lián)激光器的諧振腔的有效腔長，進(jìn)而改變了量子級(jí)聯(lián)激光器輸出紅外波長或頻率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)量子級(jí)聯(lián)激光器的頻率調(diào)制；振幅調(diào)制抑制光源所發(fā)出的可見或近紅外光，其對(duì)應(yīng)的光子能量遠(yuǎn)大于量子級(jí)聯(lián)激光器中帶隙較小的半導(dǎo)體材料帶隙能量，通過光致激發(fā)使得量子級(jí)聯(lián)激光器諧振腔內(nèi)部電子由價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶，過高的能量使得電子不僅躍遷至激光上能級(jí)，還包括更高能量的能級(jí)及其能級(jí)的高k態(tài)，在短時(shí)間內(nèi)，電子通過電子-電子散射，電子-聲子散射的方式釋放能量，大部分能量將以熱能的方式增加電子溫度，而電子溫度的增加會(huì)增加量子級(jí)聯(lián)激光器的閾值電流，進(jìn)而降低量子級(jí)聯(lián)激光的紅外光輸出功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)振幅調(diào)制，同時(shí)導(dǎo)帶能級(jí)的電子分布的改變將將改變量子級(jí)聯(lián)激光器的諧振腔折射率，從而改變了量子級(jí)聯(lián)激光器的諧振腔的有效腔長，進(jìn)而改變了量子級(jí)聯(lián)激光器輸出紅外波長或頻率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)量子級(jí)聯(lián)激光器的頻率調(diào)制，所以當(dāng)負(fù)振幅調(diào)制與正振幅調(diào)制大小相同時(shí)，則實(shí)現(xiàn)了純頻率調(diào)制。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、本發(fā)明一種基于量子級(jí)聯(lián)激光器的全光純頻率調(diào)制系統(tǒng)，通過雙光束調(diào)制系統(tǒng)對(duì)量子級(jí)聯(lián)激光器輸出的光進(jìn)行調(diào)制，使得量子級(jí)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(qiáng)成正比，實(shí)現(xiàn)量子級(jí)聯(lián)激光器的振幅、頻率調(diào)制、以及振幅抑制，實(shí)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(cè)器的探測(cè)面上，高頻紅外探測(cè)器將所探測(cè)到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化成為電信號(hào)傳遞給高精度示波器，由高精度示波器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的顯示，并由高精度電流源做同步觸發(fā)，最終獲得的信號(hào)可以傳遞給計(jì)算機(jī)做實(shí)時(shí)分析、處理、存儲(chǔ)，本發(fā)明的雙光束調(diào)制系統(tǒng)與量子級(jí)聯(lián)激光器配合后，實(shí)現(xiàn)了純頻率調(diào)制，相對(duì)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(jí)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；

2、本發(fā)明一種基于量子級(jí)聯(lián)激光器的全光純頻率調(diào)制系統(tǒng)，采用了同步的振幅調(diào)制抑制光源，通過將直流或強(qiáng)度呈高速周期變化、波長對(duì)應(yīng)的光子能量遠(yuǎn)大于量子級(jí)聯(lián)激光器中帶隙較小的半導(dǎo)體材料帶隙能量的可見光或近紅外光激光光束，通過聚焦器件匯聚在量子級(jí)聯(lián)激光器出射端面，使其在量子級(jí)聯(lián)激光器諧振腔內(nèi)將價(jià)帶電子激發(fā)至激光器導(dǎo)帶激光上能級(jí)或能量更高的能級(jí)及高k態(tài)上，通過電子-電子閃射、電子-聲子散射的方式使得導(dǎo)帶電子溫度上升，進(jìn)而增加量子級(jí)聯(lián)激光器的閾值電流，實(shí)現(xiàn)負(fù)振幅調(diào)制，同時(shí)由于導(dǎo)帶電子濃度的改變，使得量子級(jí)聯(lián)激光器的諧振腔等效折射率產(chǎn)生高速周期性振蕩，從而導(dǎo)致輸出波長的高速周期性振蕩，當(dāng)負(fù)振幅調(diào)制與正振幅調(diào)制大小相同時(shí)，振幅調(diào)制被完全抑制，實(shí)現(xiàn)了純頻率調(diào)制；

3、本發(fā)明一種基于量子級(jí)聯(lián)激光器的全光純頻率調(diào)制系統(tǒng)，利用頻率調(diào)制光源照射量子級(jí)聯(lián)激光器出射端面實(shí)現(xiàn)高速振幅、頻率調(diào)制，且振幅調(diào)制為正調(diào)制；利用振幅調(diào)制抑制光源照射量子級(jí)聯(lián)激光器出射端面實(shí)現(xiàn)高速振幅、頻率調(diào)制，且振幅調(diào)制為負(fù)調(diào)制；利用頻率調(diào)制光源和振幅調(diào)制抑制光源的同步，實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制的同步抑制，實(shí)現(xiàn)純頻率調(diào)制；利用信號(hào)實(shí)時(shí)分析、處理、存儲(chǔ)是通過信號(hào)采集部分實(shí)現(xiàn)對(duì)量子級(jí)聯(lián)激光器純頻率調(diào)制光信號(hào)的轉(zhuǎn)化及振幅調(diào)制/頻率調(diào)制量的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分析、處理、存儲(chǔ)。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明原理框架示意圖；

圖2為本發(fā)明光路的位置示意圖；

圖3為本發(fā)明頻率調(diào)制光源和振幅調(diào)制抑制光源的光波能量級(jí)別圖；

圖4為本發(fā)明量子級(jí)聯(lián)激光器沒有調(diào)制時(shí)的脈沖強(qiáng)度波形圖；

圖5為本發(fā)明量子級(jí)聯(lián)激光器調(diào)制后的脈沖強(qiáng)度波形圖。

附圖中標(biāo)記及對(duì)應(yīng)的零部件名稱：

1-量子級(jí)聯(lián)激光器，2-頻率調(diào)制光源，3-振幅調(diào)制抑制光源，4-高精度電流源，5-恒溫控制裝置，6-多路同步輸出半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)，7-第一光束準(zhǔn)直器，8-第一光束聚焦器，9-第二光束準(zhǔn)直器，10-第二光束聚焦器，11-光束準(zhǔn)直器，12-分束器，13-傅里葉紅外光譜儀，14-光束聚焦器，15-高頻紅外探測(cè)器，16-高精度示波器，17-計(jì)算機(jī)。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例

如圖1所示，本發(fā)明一種基于量子級(jí)聯(lián)激光器的全光純頻率調(diào)制系統(tǒng)，包括量子級(jí)聯(lián)激光器1、頻率調(diào)制光源2、振幅調(diào)制抑制光源3、高精度電流源4、恒溫控制裝置5、多路同步輸出半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)6、第一光束準(zhǔn)直器7、第一光束聚焦器8、第二光束準(zhǔn)直器9、第二光束聚焦器10、光束準(zhǔn)直器11、分束器12、傅里葉紅外光譜儀13、光束聚焦器14、高頻紅外探測(cè)器15、高精度示波器16、計(jì)算機(jī)17，其中：如圖2所示，量子級(jí)聯(lián)激光器1固定在金屬熱沉上，頻率調(diào)制可見光或近紅外激光光束和振幅調(diào)制抑制可見光或近紅外激光光束被匯聚于量子級(jí)聯(lián)激光器的出射端面上，引起量子級(jí)聯(lián)激光器的高速頻率調(diào)制，同時(shí)抑制振幅調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)量子級(jí)聯(lián)激光器的全光純頻率調(diào)制，高精度電流源4向量子級(jí)聯(lián)激光器1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(jí)聯(lián)激光器1工作在直流或脈沖模式下；通過恒溫裝置5為量子級(jí)聯(lián)激光器1提供一個(gè)恒定溫度的工作環(huán)境，保證量子級(jí)聯(lián)激光器1的穩(wěn)定工作，多路同步輸出半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)6提供幅值為a的直流或重復(fù)頻率為ωm的電流脈沖序列，使得頻率調(diào)制光源2工作在直流或脈沖模式下；同時(shí)多路同步輸出半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)6提供幅值為b的直流或重復(fù)頻率為ωm的電流脈沖序列，且與頻率調(diào)制光源2的驅(qū)動(dòng)電流保持同步，使得振幅調(diào)制抑制光源3工作在直流或脈沖模式下；頻率調(diào)制光源2為可見或近紅外的激光光源，產(chǎn)生中心波長為λ1的可見或近紅外光束，并通過第一光束準(zhǔn)直器7和第一光束聚焦器8后將可見或近紅外光束聚焦在量子級(jí)聯(lián)激光器1的出射端面，引起量子級(jí)聯(lián)激光器1輸出的紅外光波以頻率ωm振蕩，且振幅增大，輸出光波長振蕩的幅值與可見光或近紅外光束光強(qiáng)成正比，頻率調(diào)制光源2所發(fā)出的可見或近紅外光，其對(duì)應(yīng)的光子能量接近于量子級(jí)聯(lián)激光器中帶隙較小的半導(dǎo)體材料帶隙能量，通過光致激發(fā)使得量子級(jí)聯(lián)激光器諧振腔內(nèi)部電子由價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶激光上能級(jí)，進(jìn)而增加了導(dǎo)帶激光上能級(jí)上的電子數(shù)目，增加了激光增益，實(shí)現(xiàn)了對(duì)量子級(jí)聯(lián)激光器的正振幅調(diào)制，與此同時(shí)，導(dǎo)帶激光上能級(jí)電子數(shù)目的增加，將改變量子級(jí)聯(lián)激光器的諧振腔折射率，從而改變了量子級(jí)聯(lián)激光器的諧振腔的有效腔長，進(jìn)而改變了量子級(jí)聯(lián)激光器輸出紅外波長或頻率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)量子級(jí)聯(lián)激光器的頻率調(diào)制；振幅調(diào)制抑制光源3為可見或近紅外的激光光源，產(chǎn)生中心波長為λ2的可見或近紅外光束，其中λ1>λ2，并通過第二光束準(zhǔn)直器9和第二光束聚焦器10后將可見或近紅外光束聚焦在量子級(jí)聯(lián)激光器11的出射端面，引起量子級(jí)聯(lián)激光器1輸出的紅外光波以頻率ωm振蕩，且振幅減小，輸出光波長振蕩的幅值與可見光或近紅外光束光強(qiáng)成正比，振幅調(diào)制抑制光源所發(fā)出的可見或近紅外光，其對(duì)應(yīng)的光子能量遠(yuǎn)大于量子級(jí)聯(lián)激光器中帶隙較小的半導(dǎo)體材料帶隙能量，通過光致激發(fā)使得量子級(jí)聯(lián)激光器諧振腔內(nèi)部電子由價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶，過高的能量使得電子不僅躍遷至激光上能級(jí)，還包括更高能量的能級(jí)及其能級(jí)的高k態(tài)，在短時(shí)間內(nèi)，電子通過電子-電子散射，電子-聲子散射的方式釋放能量，大部分能量將以熱能的方式增加電子溫度，而電子溫度的增加會(huì)增加量子級(jí)聯(lián)激光器的閾值電流，進(jìn)而降低量子級(jí)聯(lián)激光的紅外光輸出功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)振幅調(diào)制，同時(shí)導(dǎo)帶能級(jí)的電子分布的改變將將改變量子級(jí)聯(lián)激光器的諧振腔折射率，從而改變了量子級(jí)聯(lián)激光器的諧振腔的有效腔長，進(jìn)而改變了量子級(jí)聯(lián)激光器輸出紅外波長或頻率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)量子級(jí)聯(lián)激光器的頻率調(diào)制，所以當(dāng)負(fù)振幅調(diào)制與正振幅調(diào)制大小相同時(shí)，則實(shí)現(xiàn)了純頻率調(diào)制，如圖3所示，左圖所示，頻率調(diào)制光源2所發(fā)出的可見或近紅外光，其對(duì)應(yīng)的光子能量接近于量子級(jí)聯(lián)激光器1中帶隙較小的半導(dǎo)體材料帶隙能量，通過光致激發(fā)使得量子級(jí)聯(lián)激光器諧振腔內(nèi)部電子由價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶激光上能級(jí)，進(jìn)而增加了導(dǎo)帶激光上能級(jí)上的電子數(shù)目，增加了激光增益，實(shí)現(xiàn)了對(duì)量子級(jí)聯(lián)激光器的正振幅調(diào)制，與此同時(shí)，導(dǎo)帶激光上能級(jí)電子數(shù)目的增加，將改變量子級(jí)聯(lián)激光器的諧振腔折射率，從而改變了量子級(jí)聯(lián)激光器的諧振腔的有效腔長，進(jìn)而改變了量子級(jí)聯(lián)激光器輸出紅外波長或頻率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)量子級(jí)聯(lián)激光器的頻率調(diào)制；右圖所示，振幅調(diào)制抑制光源3所發(fā)出的可見或近紅外光，其對(duì)應(yīng)的光子能量遠(yuǎn)大于量子級(jí)聯(lián)激光器1中帶隙較小的半導(dǎo)體材料帶隙能量，通過光致激發(fā)使得量子級(jí)聯(lián)激光器諧振腔內(nèi)部電子由價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶，過高的能量使得電子不僅躍遷至激光上能級(jí)，還包括更高能量的能級(jí)及其能級(jí)的高k態(tài)，在短時(shí)間內(nèi)，電子通過電子-電子散射，電子-聲子散射的方式釋放能量，大部分能量將以熱能的方式增加電子溫度，而電子溫度的增加會(huì)增加量子級(jí)聯(lián)激光器的閾值電流，進(jìn)而降低量子級(jí)聯(lián)激光的紅外光輸出功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)振幅調(diào)制，同時(shí)導(dǎo)帶能級(jí)的電子分布的改變將將改變量子級(jí)聯(lián)激光器的諧振腔折射率，從而改變了量子級(jí)聯(lián)激光器的諧振腔的有效腔長，進(jìn)而改變了量子級(jí)聯(lián)激光器輸出紅外波長或頻率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)量子級(jí)聯(lián)激光器的頻率調(diào)制，所以當(dāng)負(fù)振幅調(diào)制與正振幅調(diào)制大小相同時(shí)，則實(shí)現(xiàn)了純頻率調(diào)制；量子級(jí)聯(lián)激光器1的純頻率調(diào)制紅外光通過光束準(zhǔn)直器11后經(jīng)分束器12分成兩束光，一束進(jìn)入傅里葉變換光譜儀13中，用于測(cè)量其波長變化量；另一束則通過光束聚焦器14匯聚在高頻紅外探測(cè)器15的探測(cè)面上，用于測(cè)量其振幅變化量；利用高精度示波器16、計(jì)算機(jī)17實(shí)現(xiàn)信號(hào)的實(shí)時(shí)顯示、分析、處理、存儲(chǔ)。

如圖4所示，量子級(jí)聯(lián)激光器沒有調(diào)制時(shí)，它輸出的紅外光振幅大小如虛線所示；當(dāng)只有頻率調(diào)制可見或近紅外光聚焦在量子級(jí)聯(lián)激光器出射端面時(shí)，它輸出的紅外光振幅增大，如實(shí)線所示；當(dāng)振幅調(diào)制抑制可見或近紅外光聚焦在量子級(jí)聯(lián)激光器出射端面時(shí)，它輸出的紅外光振幅被抑制，如點(diǎn)線所示。

如圖5所示，量子級(jí)聯(lián)激光器沒有調(diào)制時(shí)，它輸出的紅外光所在中心波長位置如實(shí)線所示；當(dāng)只有頻率調(diào)制可見或近紅外光聚焦在量子級(jí)聯(lián)激光器出射端面時(shí)，它輸出的紅外光所在中心波長位置藍(lán)移，如點(diǎn)線所示；當(dāng)只有振幅調(diào)制抑制可見或近紅外光聚焦在量子級(jí)聯(lián)激光器出射端面時(shí)，它輸出的紅外光所在中心波長位置藍(lán)移，如虛線所示；當(dāng)兩束可見或近紅外光同時(shí)聚焦在量子級(jí)聯(lián)激光器出射端面時(shí)，它輸出的紅外光所在中心波長位置藍(lán)移增大，與兩束光分別引起的藍(lán)移之和基本相同，如碎點(diǎn)線示。

本發(fā)明提供的量子級(jí)聯(lián)激光器全光純頻率調(diào)制系統(tǒng)，可應(yīng)用于高靈敏度紅外激光光譜技術(shù)和高精確度自由空間調(diào)頻紅外光通訊。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。