[发明专利]一种半导体激光器宽带锁频方法及其锁频装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光通信和光传感技术领域的装置，具体是一种半导体激光器宽带锁频方法及其锁频装置。

背景技术

激光锁频技术在光纤通信、光纤传感领域中已经有了广泛的应用。在这些领域的某些应用中对激光器输出光频率的稳定性要求比较高，而自由运行的激光器由于对注入电流和温度的稳定性要求较高，很难达到这样的稳定性。一般采用光锁相环（OPLL）技术对激光器的频率进行锁定。

经对现有文献检索发现，光锁相环技术需要激光器的线宽小于1MHz，并且整个环路延时要足够小（小于10ns）才能稳定地工作(A.C.Bordonalli,C.Walton,and A.J.Seeds,“High-performance phase locking of wide linewidth lasers bycombineduse of optical injection locking and optical phase-lock loop,”J.Lightwave Technol.17,328-342(1999).)。另外，光锁相环的目的在于锁相，对于只需要宽带锁定频率不需要锁定相位的应用中，比如基于布里渊散射的光纤传感系统需要锁定两个激光器频率差在11GHz左右，光锁相环的锁频范围较小（一般在3GHz以下）的劣势就难以满足要求，并且光锁相环技术需要引入外部参考信号，也提高了整个系统的复杂度。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的缺陷，提供一种半导体激光器宽带锁频装置，其特征是包含：从激光器、从激光器温度控制模块、从激光器注入电流控制模块、从光隔离模块、从偏振控制模块、主激光器、主激光器温度控制模块、主激光器注入电流控制模块、主光隔离模块、主偏振控制模块、光差频产生模块、光电转换模块、差频测量模块和处理模块；

上述元部件的连接关系如下：

所述的从激光器输出第一路光信号，并依次经从光隔离模块和从偏振控制模块进入光差频产生模块的第一输入端；

所述的主激光器输出第二路光电信号，并依次经主光隔离模块和主偏振控制模块进入光差频产生模块的第二输入端；

两路电信号经光差频产生模块耦合后输出差频信号，并经光电转换模块进入差频测量模块，处理模块控制差频测量模块进行差频检测，处理模块将检测结果进行处理，并分别反馈调整从激光器温度控制模块和从激光器注入电流控制模块。

本发明能用于两台半导体分布反馈（DFB）激光器的高稳定宽带锁频，高稳定光频锁定范围可覆盖50MHz至11GHz。主、从激光器的温度控制驱动电路和注入电流控制电路被设计在同一块印制电路板（PCB），它们的电源被共享电源。在此基础上，根据主、从激光器输出差频的不同大小，首先利用比例-积分-微分（PID）算法控制温度驱动电路，粗调从激光器的输出频率；利用PID算法控制电流驱动电路，微调从激光器的输出频率。经过粗调与微调后，使得主、从激光器的输出差频准确、稳定地锁定在设定的频率点上。

主、从激光器的温度控制电路和注入电流控制电路设计在同一块PCB上并使得共享电源能够有效减小由于电源噪声造成的激光器差频抖动。另外，温控PID算法和流控PID算法的组合可以实现宽带大、频率稳定的激光器差频锁定，而且简单、可靠、易操作。与此同时，对于主、从激光器的线宽要求较小，使得装置只需一般的DFB半导体激光器即可实现宽带锁频，从而降低了对激光器本身的要求。

本发明还提供了一种半导体激光器宽带锁频方法，其特征是，该方法包括步骤如下：

步骤1：启动差频测量模块；

步骤2，处理模块控制差频测量模块测得当前主激光器、从激光器的差频频率fp；

步骤3，处理模块比较该差频频率fp与设置的预定频率fs之差：

若该差值的绝对值小于设置的死区频率范围100MHz~11GHz，则执行步骤4，否则执行步骤6；

步骤4，处理模块通过实现电流PID控制算法产生一个电流控制信号；

步骤5，处理模块通过电流控制信号控制从激光器注入电流控制模块，微调从激光器的输出频率后，返回步骤2，开始下一轮反馈控制；

步骤6，处理模块通过温度PID控制算法产生一个温度控制信号；

步骤7，处理模块通过温度控制信号控制从激光器温度控制模块，粗调从激光器的输出频率，返回步骤2，开始下一轮反馈控制。

基于以上技术特点，本发明具有以下优点：