[发明专利]一种小型化低成本大频率调谐范围稳频激光器系统及方法

权利要求书

1.一种小型化低成本大频率调谐范围稳频激光器系统，其特征在于，所述激光器系统包括：垂直腔面发射VCSEL激光器、单模激光器、光纤、原子气室、光电探测器以及第一至第四分光镜片；其中，调制信号加载在VCSEL激光器的电源上，对VCSEL激光器的电流进行调制，从而输出种子光，种子光具有一个载波和两个边带，载波和边带的频率差等于调制信号的频率；VCSEL激光器输出的种子光经过第一分光镜片分成两束，反射光束经过透镜耦合进光纤，透射光束穿过自由空间，两束光束在第二分光镜片合束，由于具有光程差而形成自差拍频信号，将种子光的线宽从百兆赫兹量级压缩至兆赫兹量级；合束光经第二分光镜片分成两束，一束光透过第三分光镜片作为泵浦光进入原子气室，利用原子气室自身的后窗片反射光作为探测光，原子气室内产生饱和吸收光谱，此饱和吸收光谱在原子共振频点及原子共振频点加上调制信号频率的频点上都有透射峰；探测光沿原路返回再次经过第三分光镜片反射进入光电探测器，光电探测器探测饱和吸收光谱，得到透射峰的位置，反馈给VCSEL激光器的电源，进行激光中心频率锁定，饱和吸收光谱的透射峰处都能进行激光中心频率锁定；经第二分光镜片的另一束光经第四分光镜片反射后进入单模激光器，对单模激光器进行注入锁定，通过调节单模激光器的温度和电流进行选模，使单模激光器的频率等于VCSEL激光器的载波的频率，抑制所有其他模式；单模激光器输出选模后的激光，透过第四分光镜片输出激光。

2.如权利要求1所述的激光器系统，其特征在于，所述调制信号的频率在10MHz～10GHz连续可调。

3.如权利要求2所述的激光器系统，其特征在于，所述VCSEL激光器锁定后能够在两倍10GHz范围内连续调谐。

4.如权利要求1所述的激光器系统，其特征在于，所述单模激光器的输出功率为百毫瓦量级的激光。

5.如权利要求1所述的激光器系统，其特征在于，所述单模激光器采用小型化激光器，采用G封装单模激光器或C封装单模激光器。

6.如权利要求1所述的激光器系统，其特征在于，所述第一至第三分光镜片采用分光平片，所述第四分光镜片采用偏振分束棱镜。

7.一种小型化低成本大频率调谐范围稳频激光器系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

1)将调制信号加载在VCSEL激光器的电源上，对VCSEL激光器的电流进行调制，从而输出种子光，种子光具有一个载波和两个边带，载波和边带的频率差等于调制信号的频率；

2)VCSEL激光器输出的种子光经过第一分光镜片分成两束，反射光束经过透镜耦合进光纤，透射光束穿过自由空间，两束光束在第二分光镜片合束，由于具有光程差而形成自差拍频信号，自差拍频信号中包含激光的相位噪声，自差拍频信号与调制信号产生的鉴相信号反馈给VCSEL激光器，调整其频率，将种子光的线宽从百兆赫兹量级压缩至兆赫兹量级；

3)合束光经第二分光镜片分成两束，一束光透过第三分光镜片作为泵浦光进入原子气室，利用原子气室自身的后窗片反射光作为探测光，原子气室内产生饱和吸收光谱，此饱和吸收光谱在原子共振频点及原子共振频点加上调制信号频率的频点上都有透射峰；

4)探测光沿原路返回再次经过第三分光镜片反射进入光电探测器，光电探测器探测饱和吸收光谱，得到透射峰的位置，反馈给VCSEL激光器的电源，进行激光中心频率锁定，饱和吸收光谱的透射峰处都能进行激光中心频率锁定，饱和吸收光谱的透射峰对应的频率为原子超精细能级间跃迁频率偏移调制信号频率，由于调制信号频率连续可调，所以VCSEL激光器锁定后能够在两倍的最大调制信号频率10GHz范围内连续调谐；

5)经第二分光镜片的另一束光经偏振分束棱镜反射后进入单模激光器，对单模激光器进行注入锁定，通过调节单模激光器的温度和电流进行选模，使单模激光器的频率等于VCSEL激光器的载波的频率，抑制所有其他模式；

6)单模激光器输出选模后的激光，透过第四分光镜片输出激光。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，在步骤1)中，调制信号频率在10MHz～10GHz范围内连续可调。

9.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，在步骤4)中，由于调制信号频率在10MHz～10GHz范围内连续可调，所以VCSEL激光器锁定后能够在两倍的最大调制信号频率10GHz范围内连续调谐。