[发明专利]一种半导体激光器线宽压缩装置

说明书

技术领域

本发明属于光通信及激光技术领域，更具体地，涉及一种半导体激光器线宽压缩装置。

背景技术

窄线宽半导体激光器在光通信和光传感领域具有重要的用途，特别是相干光通信和高级调制格式的广泛使用，对半导体激光器的线宽提出了更高的要求。实现半导体激光器线宽压缩的技术途径有很多种。Firooz Aflatouni和Hossein Hashemi等人提出了一种电光前馈压缩方案（参见“Light Source Independent Linewidth Reduction of Lasers,”Proc.OFC’12,OW1G.6,2012），该方案将半导体激光器的频率噪声通过延时干涉后转换成为强度噪声并经光电转换后变为电压信号；接着由压控振荡器将该电压信号转换成含有激光器相位噪声成分的电信号；然后激光器输出的光信号和压控振荡器输出的电信号经过电光强度调制后得到含有相位噪声相加和相抵消的频谱分量；最后通过单边带调制消除相位噪声相加的频谱分量而仅得到相位噪声相抵消的频谱分量从而达到压缩线宽的目的。该方案最大的不足是需要光电转换和强度调制，结构复杂。

美国专利US7620081B2公开了一种实时压缩半导体激光器线宽的方案，利用电负反馈方法将半导体激光器的频率噪声转化为反馈电流信号，通过负反馈回路调制激光器的注入电流，实时补偿半导体激光器的频率变化，从而实现半导体激光器的线宽压缩。该方案需要光电转换，能够消除噪声的带宽有限。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种半导体激光器线宽压缩装置，其目的在于通过超长环形腔压缩激光器中每个纵模的线宽，并结合SBS超窄带增益谱以及组合光纤环、可饱和吸收体等多重选模结构实现单纵模运转和输出，从而在此基础上完成实对半导体激光器的线宽压缩。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种半导体激光器线宽压缩装置，包括第一环形器、SBS发生介质、第一偏振控制器、组合光纤环单元、以及可饱和吸收体单元，第一环形器与SBS发生介质、第一偏振控制器顺次相连，组合光纤环单元与可饱和吸收体单元、第一偏振控制器顺次相连，第一环形器、SBS发生介质、第一偏振控制器、组合光纤环单元、以及可饱和吸收体单元构成一个超长环形腔，第一环形器用于输入待压缩激光，并将待压缩激光耦合到SBS发生介质，SBS发生介质用于在待压缩激光的泵浦下发生SBS效应，产生与待压缩激光传输方向相反的Stokes光，并将Stokes光耦合进第一环形器，同时将待压缩激光耦合进第一偏振控制器，待压缩激光经第一偏振控制器传输到可饱和吸收体单元，可饱和吸收体单元的第二环形器用于通过对光束传输方向性的限制，阻断待压缩激光，第一环形器还用于将来自SBS发生介质的Stokes光与待压缩激光分离，将Stokes光耦合进入组合光纤环单元，组合光纤环单元用于将压缩后的激光耦合输出，并将部分Stokes光耦合到可饱和吸收体单元，可饱和吸收体单元的宽谱高反镜用于反射Stokes光，第二环形器还用于将Stokes光耦合到第一偏振控制器，第一偏振控制器用于控制Stokes光的偏振态，使之与待压缩激光的偏振态相匹配，Stokes光通过第一偏振控制器回到SBS发生介质，构成循环。

优选地，组合光纤环单元包括第一耦合器和第二耦合器，第一耦合器的第一端口用作组合光纤环单元的输入端口，第一耦合器的第二端口与第二耦合器的第四端口通过光纤相连，第一耦合器的第三端口与第二耦合器的第一端口通过光纤相连构成环路，第一耦合器的第四端口用作组合光纤环单元的第一输出端口，第二耦合器的第三端口用作组合光纤环单元的第二输出端口。

优选地，可饱和吸收体单元包括第二环形器、掺杂光纤、第二偏振控制器和宽谱高反镜，第二环形器的第一端口用作可饱和吸收体单元的输入端口，第二环形器的第二端口与掺杂光纤、第二偏振控制器、以及宽谱高反镜顺次相连，第二环形器的第三端口用作可饱和吸收体单元的输出端口。

优选地，组合光纤环单元构成等效的F-P滤波器，实现单纵模运转，其自由光谱范围在SBS增益谱-3dB带宽的0.5-1倍之间，且F-P滤波器透射谱的每个透射峰的-3dB带宽在环形腔的自由光谱范围的1-2倍之间。

优选地，掺杂光纤在Stokes光的作用下形成自适应光栅，所形成的自适应光栅的-3dB带宽小于组合光纤环单元形成的F-P滤波器的自由光谱范围。