高精度頻率線性調(diào)諧窄線寬激光器裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及激光頻率調(diào)諧，特別是一種高精度頻率線性調(diào)諧窄線寬激光器裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]快速線性調(diào)頻的單模激光光源在高分辨率光譜儀、電子測(cè)量、激光雷達(dá)、光頻域反射計(jì)(OFDR)、三維成像、相干光譜分析等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，其調(diào)頻線性度、調(diào)頻范圍、線寬等是光源性能的重要指標(biāo)。
[0003]將從激光器通過(guò)注入鎖定的方法鎖定到經(jīng)過(guò)調(diào)制后的主激光器邊帶上，這樣不僅可以將主激光器的窄線寬、高頻率穩(wěn)定性等完全復(fù)制到從激光器上，有效地提高輸出功率，還可以通過(guò)控制加載到EOM上的射頻信號(hào)頻率的方法對(duì)從激光器的頻率進(jìn)行快速靈活地控制。
[0004]目前常用的方法是將從激光器與主激光器的一階邊帶進(jìn)行鎖定，但這樣可調(diào)頻范圍仍然受限，Diao 等實(shí)現(xiàn)了 9GHz 的差頻輸出【W(wǎng).T.Diao, J.He, Z.Liu, B.D.Yang, J.M.Wang.Alternative laser system for cesium magneto-optical trap via optical inject1nlocking to sideband of a 9~GHz current-modulated d1de laser.0ptics Express,vol，20，7480-7487，2012】。
[0005]如果能夠?qū)募す馄麈i定在主激光器的n(n>l)階邊帶上，便可以使從激光器的調(diào)諧范圍擴(kuò)大η倍，從而實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器的高性能輸出及頻率的大范圍調(diào)諧。Schneiderdeng等在2013年將注入鎖定技術(shù)應(yīng)用到了 W波段射頻信號(hào)產(chǎn)生中，利用非線性射頻放大器對(duì)低頻段的射頻信號(hào)放大進(jìn)而產(chǎn)生覆蓋高階諧波信號(hào)的頻率梳，以此對(duì)寬帶相位調(diào)制器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生高階光邊帶信號(hào)作為注入鎖定的種子源，最高可將從激光器鎖定在25階邊帶上，實(shí)現(xiàn)了與主頻率0.5?IlOGHz的差頻鎖定，大大提高了常用邊帶注入鎖定技術(shù)的鎖定范圍[G.J.Schneider, J.A.Murakowski, C.A.Schuetz, S.Y.Shi, D.ff.Prather.Rad1frequency signal-generat1n system with over seven octaves of continuoustuning.Nature Photonics, vol, 7, 118-122，2013】。
[0006]但是，以上方法是只是一種對(duì)窄線寬激光進(jìn)行固定頻率移頻的裝置，更需解決的是如何產(chǎn)生大范圍可連續(xù)線性調(diào)諧的窄線寬激光的問(wèn)題。在高階邊帶注入鎖定的基礎(chǔ)上，要實(shí)現(xiàn)快速頻率調(diào)諧，則需要加載到EOM上的射頻信號(hào)能夠快速線性調(diào)諧，且需要對(duì)從激光器進(jìn)行同步電流或溫度補(bǔ)償。鑒于溫度補(bǔ)償速度較慢，限制了激光器的調(diào)諧速率，故采用電流補(bǔ)償?shù)姆椒ㄝ^好。因此，需要一種射頻信號(hào)源，既能夠產(chǎn)生大范圍快速線性調(diào)諧的射頻信號(hào)，又能夠產(chǎn)生同步補(bǔ)償信號(hào)對(duì)從激光器進(jìn)行電流補(bǔ)償，且噪聲很低，以保證從激光器的輸出線寬很窄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提出了一種高精度頻率線性調(diào)諧窄線寬激光器裝置。該裝置要解決的問(wèn)題是通過(guò)為基于高階邊帶注入鎖定技術(shù)的可調(diào)諧激光器提供高精度頻率控制、大范圍、線性可調(diào)諧的低噪聲射頻信號(hào)，同時(shí)為從激光器提供同步補(bǔ)償電壓，補(bǔ)償從激光器的驅(qū)動(dòng)電流，以實(shí)現(xiàn)從激光器鎖定在注入激光的高階邊帶，實(shí)現(xiàn)從激光器的快速、大范圍、線性可調(diào)諧激光輸出，解決可調(diào)諧激光器輸出功率及調(diào)諧范圍受限的問(wèn)題。
[0008]本發(fā)明的核心思想是:利用壓控振蕩器、鑒頻鑒相器、環(huán)路濾波器、可編程分頻器、參考晶振等構(gòu)成鎖相環(huán)回路，通過(guò)控制器控制可編程分頻器，可以產(chǎn)生高精度頻率控制、高線性度、可調(diào)諧的低噪聲射頻信號(hào)源，再通過(guò)倍頻器擴(kuò)大射頻信號(hào)的頻率范圍。通過(guò)高速開(kāi)關(guān)可以在輸出射頻基頻與倍頻后的信號(hào)之間切換，進(jìn)一步提高了輸出射頻信號(hào)的范圍。將加載到壓控振蕩器上的電壓經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，經(jīng)過(guò)控制器進(jìn)行數(shù)字化處理后，再經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器加載到從激光器上，進(jìn)行同步電流補(bǔ)償，在保證補(bǔ)償?shù)耐叫缘耐瑫r(shí)，能夠滿足電流補(bǔ)償對(duì)補(bǔ)償電壓幅值的要求。窄線寬光纖激光器經(jīng)過(guò)電光調(diào)制器后的輸出光信號(hào)，經(jīng)過(guò)可調(diào)諧衰減器和可調(diào)諧光學(xué)濾波器之后，濾除注入鎖定前的無(wú)關(guān)邊帶，調(diào)節(jié)注入到從激光器的光功率，易于實(shí)現(xiàn)高階邊帶注入鎖定。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0010]一種高精度頻率線性調(diào)諧窄線寬激光器裝置，特征在于其構(gòu)成包括參考晶振、鑒頻鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、可編程分頻器、控制器、倍頻器、高速開(kāi)關(guān)、微波放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二低通濾波器、窄線寬光纖激光器、電光調(diào)制器、可調(diào)諧衰減器、可調(diào)諧光學(xué)濾波器、環(huán)形器、半導(dǎo)體激光器、電流驅(qū)動(dòng)控制器、溫度控制器等，其特征是在所述的參考晶振的輸出端口與所述的鑒頻鑒相器的第一輸入端口相連，該鑒頻鑒相器的輸出端口與所述的環(huán)路濾波器的輸入端口相連，該環(huán)路濾波器的第一輸出端口與所述的壓控振蕩器的輸入端口相連，該環(huán)路濾波器的第二輸出端口與所述的第二低通濾波器的輸入端口相連，第二低通濾波器的輸出端口與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端口相連，所述的壓控振蕩器的第一輸出端口與高速開(kāi)關(guān)的第一輸入端口相連，該壓控振蕩器的第二輸出端口與倍頻器的輸入端口相連，該壓控振蕩器的第三輸出端口與可編程分頻器的第一輸入端口相連，可編程分頻器的輸出端口與鑒頻鑒相器的第二輸入端口相連，所述倍頻器的輸出端口與高速開(kāi)關(guān)的第二輸入端口相連，所述的高速開(kāi)關(guān)的輸出端口與微波放大器的輸入端口相連，微波放大器的輸出端口微波放大器9的輸出端口與電光調(diào)制器的第二輸入端口相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端口與控制器的輸入端口相連，所述的控制器的第一輸出端口與可編程分頻器的第二輸入端口相連，該控制器的第二輸出端口與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端口相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端口與電流驅(qū)動(dòng)控制器的輸入端口相連，該控制器的第三輸出端口與高速開(kāi)關(guān)的第三輸入端口相連，窄線寬光纖激光器的輸出端口與電光調(diào)制器的第一輸入端口相連，電光調(diào)制器的輸出端口與可調(diào)諧衰減器的輸入端口相連，可調(diào)諧衰減器的輸出端口與可調(diào)諧光學(xué)濾波器的輸入端口相連，可調(diào)諧光學(xué)濾波器的輸出端口于環(huán)形器的I端口相連，環(huán)形器的2端口與半導(dǎo)體激光器相連，環(huán)形器的3端口為該裝置的激光輸出端口，電流驅(qū)動(dòng)控制器、溫度控制器的輸出端口分別與半導(dǎo)體激光器的電流驅(qū)動(dòng)控制、溫度控制端口相連。
[0011]由參考晶振、鑒頻鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、可編程分頻器構(gòu)成的鎖相環(huán)電路。通過(guò)控制器使可編程分頻器線性變化，可以實(shí)現(xiàn)輸出射頻信號(hào)高精度、高線性度變化。
[0012]鎖相環(huán)電路輸出的射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)倍頻器進(jìn)行擴(kuò)頻，提高輸出射頻信號(hào)的范圍，且可以通過(guò)控制器控制高速開(kāi)關(guān)選擇使輸出射頻信號(hào)在基頻信號(hào)與倍頻后的信號(hào)之前快速切換，提高輸出射頻信號(hào)范圍。
[0013]環(huán)路濾波器的輸出電壓經(jīng)過(guò)第二低通濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行處理，可以按照需求對(duì)輸出補(bǔ)償電壓進(jìn)行數(shù)字比處理，既能夠保證該裝置射頻信號(hào)輸出端口與同步補(bǔ)償電壓輸出端口的同步性，又能夠滿足從激光器補(bǔ)償電流對(duì)外部補(bǔ)償電壓的幅值要求。
[0014]電光調(diào)制器輸出的調(diào)制光信號(hào)經(jīng)過(guò)可調(diào)諧衰減器、可調(diào)諧光學(xué)濾波器，濾除無(wú)關(guān)邊帶，且實(shí)現(xiàn)注入到半導(dǎo)體激光器的光功率可調(diào)諧，易于實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器的高階邊帶注入鎖定。
[0015]所述的壓控振蕩器為高帶