[发明专利]高稳频可调谐窄线宽激光器及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及窄线宽激光器领域，尤其涉及高稳频并且波长可调谐的窄线宽激光器，该激光器可应用于雷达与电子对抗、相干光通信、精密干涉测量等领域。

背景技术

稳频窄线宽激光器在雷达与电子对抗、相干光通信、精密干涉测量、光学频率标准、激光陀螺等研究领域中有着广泛的应用。根据Schawlow-Tones的激光线宽理论，自发辐射引起的激光线宽极限很小，但是由于存在热扰动、电子学噪声以及机械振动等不稳定因素，实际应用中激光器的线宽远远大于理论线宽极限。如果不加调节控制，自由运转的激光器一天的频率漂移量可以达到GHz量级。另外，在实际应用中，常常要求激光器的波长可以调谐，例如相干光通信系统中，接受端采用可调谐激光器，确保本振光与信源光频率匹配；在密集波分复用(DWDM)系统中，用波长可调谐激光器代替传统固定波长激光器阵列，能有效降低系统成本与复杂度。因此，研究激光器的线宽压窄、稳频控制和波长可调谐性具有十分重要的意义。

由于半导体激光器对的输出光频率对其注入电流和工作温度的变化极其敏感，因此通过电路设计实现驱动电流和温度的反馈控制，稳定电流和温度，可以有效减小激光器的输出光线宽以及频率不稳定度。这种方法属于被动稳频、线宽压窄技术。然而，由于驱动电流和温度的控制都存在精度问题，使得单纯用被动技术压窄线宽、提高频率稳定度的能力受到限制。

目前常用的稳频、线宽压窄技术是采用伺服控制系统的主动技术，其主要原理是用一个相对稳定的频率标准与激光器的输出光频率作对比，给出误差信号，通过伺服系统反馈到激光器内部进行调节控制，经过反复地调节将激光器的频率锁定到频率标准上。主要的方法有外腔调谐稳频法、锁定到f-p标准具和锁定到原子或分子线等。外腔调谐稳频法是利用一种Littrow结构，在外腔通过衍射光栅的光学反馈来获得窄线宽的单纵模，外腔式激光器比一般激光器线宽具有明显的改善，但是很难保证长期的稳定性，对于机械变化和温度波动比较敏感；将光频率锁定到f-p腔的方法主要是基于相位调制器的位相调制光外差稳频技术，该技术具有很高的灵敏度和信噪比，而且具有大的调节范围，稳频效果好，可是调节过程复杂繁琐，并且f-p腔本身容易受到外界环境变化比如温度变化、机械振动等的影响；将光频率锁定到原子或分子吸收谱线上，可以大大提高激光器的频率锁定灵敏度和长期稳定性，然而由于吸收谱线是孤立分立的，目前常用的方法比如饱和吸收法只是简单地将光频率锁定到吸收峰上，不具有波长连续可调谐性。

发明内容

为了实现上述目的，本发明的目的在于，提供一种高稳频可调谐窄线宽激光器及使用方法，其可提高窄线宽激光器的频率稳定度，降低线宽，并实现波长连续可调谐的功能。

本发明提供一种高稳频可调谐窄线宽激光器，包括：

一窄线宽激光器；

一温控电路，该温控电路与窄线宽激光器的温控接口连接；

一驱动电路，该驱动电路与窄线宽激光器驱动接口连接；

一第一光纤耦合器，该第一光纤耦合器的输入端与窄线宽激光器的输出端连接，该第一光纤耦合器的输出端口1直接输出激光；

一可调谐微波源模块；

一移频器，该移频器的光输入端与第一光纤耦合器的输出端口2连接，微波输入端与可调谐微波源模块的输出端连接；

一第二光纤耦合器，该第二光纤耦合器的输入端与移频器的光输出端连接；

一标准具，该标准具的输入端与第二光纤耦合器的输出端口2连接；

第一、第二功率探测模块，该第一功率探测模块的输入端与第二光纤耦合器的输出端口1连接，该第二功率探测模块的输入端与标准具的输出端连接；

第一、第二放大电路，该第一放大电路的输入端与第一功率探测模块的输出端连接，该第二放大电路的输入端与第二功率探测模块的输出端连接；

第一、第二模数转换电路，该第一模数转换电路的输入端与第一放大电路的输出端连接，该第二模数转换电路的输入端与第二放大电路的输出端连接；

一单片机，部分IO口分别与第一、第二模数转换电路的输出端、驱动电路的数字输入端连接。

本发明还提供一种高稳频可调谐窄线宽激光器的使用方法，其是根据前述的高稳频可调谐窄线宽激光器，实现过程包括如下步骤：

步骤1：设定驱动电路和温控电路到需用的驱动电流和温度，使窄线宽激光器输出需要的功率大小，波长在标准具的吸收峰附近；