[发明专利]基于频率自反馈的自稳定型频域锁模激光器

说明书

技术领域

本发明属于光电子仪器设备技术领域，具体涉及一种基于频率自反馈的自稳定型频域锁模激光器。

背景技术

频域锁模激光器(FDML)方法是实现高速扫频激光器的一个重要途径。现有频域锁模激光器由光放大器、调谐滤波器、延时光纤与输出耦合器构成，并由外部频率源进行驱动。这些部分使用光纤顺次级联成环，在调谐滤波器上加上与延时光纤相匹配频率的电信号后，输出耦合器即可输出扫频光信号。由于FDML采用较长的光纤作为缓存，其稳定性易受到外界环境影响，成本也较高。

FDML振荡需要一个外部频率源，对该频率源的稳定性和精度有极高的要求，其振荡器需要温度控制和物理隔离，调谐精度要达到mHz量级，输出DA转换需要20bit，这样的频率源价格约占到光源总成本的50％。FDML处于锁模状态时，要求FDML的本征频率和外部频率源的驱动频率相等，否则将影响输出扫频信号的带宽、强度、相干性等指标。然而实际工作环境中，较长的光纤使得环路长度对外界条件变化敏感，温度变化和振动都会导致环路本征频率和外部频率源的失谐，影响FDML的长期稳定性。

综上所述，现有的FDML的问题在于成本较高、稳定性较差。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种基于频率自反馈的自稳定型频域锁模激光器，该频域锁模激光器具有稳定性高和成本低廉的优点。

本发明提出的一种基于频率自反馈的自稳定型频域锁模激光器，包括一个由光放大器、第一光隔离器、第一输出耦合器、第二输出耦合器、可调谐光带通滤波器、延时光纤和第二光隔离器依次连接组成的光学环路；其特征在于，该频域锁模激光器还包括一个由光电探测器、电窄带带通滤波器和电放大器依次连接组成的频率自反馈光电振荡支路；其中，所述第一输出耦合器的输出端作为该频域锁模激光器的输出端，所述频率自反馈光电振荡支路的光电探测器输入端与所述光学环路的第二输出耦合器输出端连接，所述频率自反馈光电振荡支路的电放大器输出端与所述光学环路的可调谐光带通滤波器输入端连接。

本发明相比于现有技术的优势：

1、本发明中FDML驱动源的驱动频率和环路本征频率永远保持一致，不受外部环境变化引起的FDML腔长变化的影响，彻底解决FDML的稳定性差的问题。

2、本发明用一个成本低廉的简单反馈电路代替昂贵的频率驱动源，极大降低FDML的成本。

附图说明

图1是本发明提出的基于频率自反馈的自稳定型频域锁模激光器的结构示意图。

具体实施方式

本发明提出的基于频率自反馈的自稳定型频域锁模激光器，结合附图及实施例详细说明如下：

本发明提出的基于频率自反馈的自稳定型频域锁模激光器的结构如附图1所示：该频域锁模激光器由一个光学环路和一个频率自反馈光电振荡支路构成；所述光学环路为标准的FDML环路，由光放大器101(该光放大器具有直流驱动)、第一光隔离器102-1、第一输出耦合器104-1、第二输出耦合器104-2、一个可调谐光带通滤波器106、延时光纤103和第二光隔离器102-2依次通过光纤连接组成；所述频率自反馈光电振荡支路，由光电探测器111、电窄带带通滤波器112和电放大器108依次通过光纤连接组成；其中，光学环路的第一输出耦合器104-1输出端105作为该频域锁模激光器的输出端，频率自反馈光电振荡支路的光电探测器111输入端通过光纤与光学环路的第二输出耦合器104-2输出端连接，频率自反馈光电振荡支路的电放大器108输出端与光学环路的可调谐光带通滤波器106输入端通过光纤连接。

本发明所用各器件均为常规产品，本发明的工作原理如下：

所述FDML环路采用的是常规的标准设计方式，其本征频率由所述光学环路的腔长决定。本发明的核心创新点，是所述频率自反馈光电振荡支路；这一支路的输入端是光电探测器111，它可以从第二输出耦合器104-2发射的光信号109中提取FDML环路的本征振荡频率，并转化为电信号110，将这一本征频率馈入到中心频率约等于FDML环路本征频率的电窄带带通滤波器112中，电窄带带通滤波器112将接受的信号提纯，电窄带滤波器112将输出的高纯度正弦信号输入到电放大器108中并进行放大，作为可调谐光带通滤波器106的驱动输入到该滤波器中，以此实现FDML的自主振荡；当FDML环路长度发生变化时，FDML本征频率的变化会自动反映到频率自反馈光电振荡支路中，从而实现自稳定工作。由于频率自反馈光电振荡支路由成本低廉的电路元件构成，因此本频域锁模激光器的成本要远低于现有产品。