窄線寬激光頻率線性調(diào)諧裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及激光頻率調(diào)諧，特別是一種窄線寬激光大范圍線性頻率快速調(diào)諧的裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 具有窄線寬及大范圍快速線性調(diào)頻能力的激光光源在合成孔徑激光雷達(dá)、相干激 光通信、高分辨率光譜、射頻信號(hào)光學(xué)產(chǎn)生、原子相干操縱等前沿基礎(chǔ)學(xué)科和高科技領(lǐng)域有 著重要和廣泛的應(yīng)用需求。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，激光器的相干性已經(jīng)得到大幅提高，由激光 器直接輸出激光的線寬可W達(dá)到1曲Z W下，并且通過(guò)外部穩(wěn)頻技術(shù)可W將激光線寬進(jìn)一 步壓窄到mz W下；而直接控制激光器腔內(nèi)元件的外腔半導(dǎo)體激光器可W獲得幾十乃至上 百納米的波長(zhǎng)調(diào)諧，利用腔外部調(diào)制器或光學(xué)鎖相的方法可W實(shí)現(xiàn)對(duì)激光頻率快速靈活的 操控，但如何在保證激光器相干性的同時(shí)提高其調(diào)頻的速度、范圍及線性度是目前激光技 術(shù)發(fā)展面臨的一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，故發(fā)展腔內(nèi)或腔外的激光大范圍線性調(diào)頻技術(shù)具有重要意 義和應(yīng)用價(jià)值。
[0003]目前激光線性頻率調(diào)諧的方案主要有：
[0004] 在先方案之一是利用主動(dòng)光電反饋技術(shù)實(shí)現(xiàn)激光器的線性調(diào)頻技術(shù)，采用自零差 或自外差探測(cè)技術(shù)表征調(diào)頻過(guò)程中的非線性，并利用所得到的拍頻信號(hào)經(jīng)鑒頻電路給出相 對(duì)于理想線性調(diào)頻的偏移，從而獲得誤差信號(hào)反饋到激光器的調(diào)頻端構(gòu)成光電反饋環(huán)路， 主動(dòng)控制調(diào)頻線性化，該方案的調(diào)頻范圍、速度及調(diào)頻過(guò)程中激光的線寬主要由調(diào)頻激光 器本身決定，且設(shè)及到復(fù)雜的反饋控制電路，調(diào)頻的速度會(huì)進(jìn)一步受到反饋控制電路反饋 帶寬的限制【吳映，陳迪俊，孫延光，蔡海文，崔榮輝.半導(dǎo)體激光器光電負(fù)反饋線性調(diào)頻 技術(shù)研究.中國(guó)激光，vol. 40, 0902001，2013】【唐禹，林濤，汪路鋒，秦寶，胡眷南.一 種產(chǎn)生激光線性調(diào)頻信號(hào)的方法.201410317540. 2. 2014】。
[0005] 在先方案之二是利用聲光調(diào)制器（A0M)及電光調(diào)制器巧0M)等可調(diào)諧移頻器 件在激光器外部實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)線性調(diào)諧器件的射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)便可得到快速調(diào)頻激光。 聲光調(diào)制器一般用于幾百兆赫茲量級(jí)的移頻，對(duì)lOOMHz范圍內(nèi)的頻率調(diào)諧轉(zhuǎn)換效率高 達(dá)90%，但對(duì)于上吉赫茲的移頻衍射效率會(huì)發(fā)生下降【J.Biesheuvel,D.W.E.Noom,E. J.Salumbides,K.T.Sheridan,W.Ubachs,J.C.J.Koelemeij.Widelytunablelaser frequencyoffsetlockwith30GHzrangeand5THzoffset.OpticsExpress,v ol. 21，14008-14016, 2013】;電光調(diào)制器可w產(chǎn)生大范圍的頻率調(diào)諧，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了0. 2s 內(nèi)120GHz的頻率調(diào)諧，但是對(duì)于電光相位調(diào)制器及強(qiáng)度調(diào)制器而言，往往會(huì)產(chǎn)生高階邊 帶而導(dǎo)致信噪比下降，并且理論上其一階邊帶轉(zhuǎn)換效率最高只能達(dá)到34%，單邊帶調(diào)制器 可W有效地抑制其它邊帶成份而只保留+1或一1階邊帶，但其轉(zhuǎn)換效率理論上最高也只 會(huì)b達(dá)到58%【D.Y.Kubo,民.Srinivasan,H.Kiuchi,ChenMin咨一Tan咨.Developmentofa Mach-ZehnderModulatorPhotonicLocalOscillatorSource.MicrowaveTheoryand Techniques,IEEETransactionson,vol, 61，3005-3014, 2013】【T.Kawanishi,M.Izutsu. Linear single-sideband modulation for high-SNR wavelength conversion. leee Photonics Technology Letters, vol, 16, 15:34-1536,2004】。該方案可 W在調(diào)頻過(guò)程中保 留激光的窄線寬特性，且調(diào)頻速度很快，但其調(diào)頻范圍及轉(zhuǎn)換效率較低。
[0006] 在先方案之=是將從激光器通過(guò)注入鎖定的方法鎖定到方案二中經(jīng)過(guò)調(diào)制后的 主激光器高階邊帶上，該樣不僅可W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，還可臥通過(guò)控制E0M驅(qū)動(dòng)頻率的方法對(duì)從激光器的頻 率進(jìn)行快速夷活地控制，并利用高階邊帶效應(yīng)進(jìn)行擴(kuò)頻，降低對(duì)射頻驅(qū)動(dòng)源的要求，目前 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻范圍15GHz，調(diào)頻速率2.5THz/s的線性調(diào)頻。【Fang Wei，Bin Lu，Jian Wang, Dan Xu, Zhengqing Pan,Dijun Chen, Haiwen Cai,民onghui Qu. Precision and broadband frequency swept laser source based on high-order modulation-sideband injection-locking. Optics E邱ress,vol, 23, 4970-4980, 2015】。
[0007] W上方案基本上都設(shè)及到復(fù)雜的控制電路，搭建難度大，使用需要較高的電子學(xué) 技術(shù)支持。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的目的是提出了一種窄線寬激光大范圍頻率線性調(diào)諧的裝置。該裝置可W 解決常用的激光器頻率調(diào)諧中存在的非線性問(wèn)題，可利用銀齒波信號(hào)驅(qū)動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)二次電 光效應(yīng)相位調(diào)制器實(shí)現(xiàn)大范圍的窄線寬激光快速線性調(diào)頻。
[0009] 本發(fā)明的核屯、思想是：利用二次電光效應(yīng)材料產(chǎn)生的二次相位調(diào)制，結(jié)合線性光 頻轉(zhuǎn)換技術(shù)W實(shí)現(xiàn)激光快速調(diào)頻。由于激光光場(chǎng)相位的導(dǎo)數(shù)為激光的頻率，在線性光頻轉(zhuǎn) 換技術(shù)中，若想實(shí)現(xiàn)激光的線性調(diào)頻（即激光頻率隨時(shí)間線性變化），需要光場(chǎng)的相位與時(shí) 間成平方關(guān)系，而二次電光效應(yīng)材料的折射率變化剛好與外加電場(chǎng)為平方關(guān)系，故利用銀 齒波信號(hào)驅(qū)動(dòng)二次電光效應(yīng)材料制成的相位調(diào)制器就可W得到與時(shí)間成平方關(guān)系的周期 性相位信號(hào)，如果每個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的最大相移為2m JT (n為整數(shù)），在理論上固定頻率的銀 齒波就能產(chǎn)生連續(xù)的線性調(diào)頻激光輸出，該方法直接直接改變光場(chǎng)的相位引起頻率調(diào)諧， 響應(yīng)速度快，轉(zhuǎn)換效率高，并且控制電路簡(jiǎn)單，調(diào)頻范圍不限。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下；
[0011] 一種窄線寬激光大范圍頻率線性調(diào)諧的裝置，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括窄線寬激光 器、保偏光纖、光纖準(zhǔn)直器、第一 1/2波片、二次電光效應(yīng)相位調(diào)制器、第二1/2波片、光纖禪 合器、任意波形發(fā)生器、高壓放大器，所述的窄線寬激光器的輸出光依次經(jīng)過(guò)保偏光纖及光 纖準(zhǔn)直器后輸出準(zhǔn)直的線偏振光，再經(jīng)過(guò)第一 1/2波片進(jìn)入到二次電光效應(yīng)相位調(diào)制器中 獲得相位調(diào)制，所述的相位調(diào)制器輸出的激光經(jīng)過(guò)第二1/2波長(zhǎng)后由光纖禪合器禪合入保 偏光纖中得到線性調(diào)頻激光輸出；所述的任意波形發(fā)生器經(jīng)過(guò)高壓放大器后得到高壓銀齒 波信號(hào)加載到所述的二次電光效應(yīng)相位調(diào)制器的電壓輸入端。
[0012] 所述的二次電光效應(yīng)電光調(diào)制器為體光學(xué)電光調(diào)制器，由上下表面鍛金電極的二 次電光效應(yīng)材料構(gòu)成，所述的銀齒波高壓信號(hào)可通過(guò)上下兩個(gè)電極對(duì)電光材料施加電場(chǎng)， 從而使材料的折射率發(fā)生改變并對(duì)激光的光場(chǎng)相位進(jìn)行調(diào)制。
[0013] 本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是：
[0014] 本發(fā)明把電光材料的二次電光效應(yīng)應(yīng)用到線性光頻調(diào)諧技術(shù)當(dāng)中，在激光腔的外 部實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻，該樣既可w充分地延續(xù)單頻激光器的高相干性及穩(wěn)定性，又可w同步實(shí) 現(xiàn)激光的快速大范圍線性調(diào)頻，且具有控制電路簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點(diǎn)。
[0015] 本發(fā)明的具體原理如下；
[0016] 在本發(fā)明中，所述的二次電光效應(yīng)相位調(diào)制器為核屯、元件，可采用近兩年最新研 究的魄儀酸鉛-鐵酸鉛（PMNT)電光陶瓷或者錯(cuò)鐵酸鉛銅（PLZT)陶瓷進(jìn)行制作，該些材料 為典型的二次電光效應(yīng)陶瓷材料，當(dāng)在電光陶瓷的兩端施加電壓后，其材料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生電 場(chǎng)V，則材料的折射率An將會(huì)發(fā)生如下變化：
[0017]
(1)
[0018] 其中Rrff為有效電光系數(shù)，材料的折射率變化與外加電場(chǎng)的平方成正比，對(duì)于長(zhǎng)度 為L(zhǎng)的相位調(diào)制器，其附加相位變化有A 4 = A nL。假定待調(diào)頻的單頻激光輸入光波的振 幅為E。，角頻率為該光通過(guò)一個(gè)基于二次電光效應(yīng)的相位調(diào)制器，其調(diào)制