[发明专利]激光线宽压缩方法及系统

权利要求书

1.一种激光线宽压缩方法，其特征在于，通过在驱动光移频元件的射频电信号上叠加与输入激光的原有相位噪声的幅度相同且极性相反的瞬时相位变化，使得输入激光经过光移频元件时，藉由该瞬时相位变化抵消原有相位噪声，实现相位噪声抑制；

所述的原有相位噪声，通过光鉴相采集得到，具体通过将输入激光选择性延时后进行相移混频并经光电探测得到，具体为：半导体激光器输出的光经第一光纤耦合器分束后的一部分激光经传输光纤后进入声光调制器，另一部分光经第二光纤耦合器分为两束并分别进入包括光纤M-Z延时干涉仪和平衡光电探测器的光鉴相单元，光鉴相单元基于延时双光束干涉原理，内置光纤耦合器、延时光纤、九十度相移光学混频器和平衡光电探测器；或内置光纤耦合器、延时光纤、3*3耦合器和光电探测器，平衡光电探测器将光强度信号转为电信号输出，高速模数转换器将平衡光电探测器输出的两路电信号分别转为数字信号，由FPGA基于CORDIC算法以弧度为单位计算出光波延时前后相位噪声的差值；

所述的瞬时相位变化是指：通过高速可编程数字逻辑器件基于CORDIC算法计算出输入激光在选择性延时前后产生的相位噪声，该高速可编程数字逻辑器件生成包含实时频率偏差的射频信号用于控制光移频元件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的光移频元件包括声光调制器或单边带光调制器。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的相位噪声的差值是指：通过延时光纤实现的光波相位噪声的延时差值，即其中：即相位噪声φ(t)对时间t的微分，τ为光延时。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的射频信号，通过光鉴相采集两路电信号强度分别为x＝A·cos(Δφ(t))，y＝A·SIN(Δφ(t))，A为最大强度，然后基于CORDIC算法，以弧度为单位，根据x，y计算得到Δφ(t)后，依照计算得到实时频率偏差信号F_d(t)，并将F(t)＝F₀+F_d(t)作为实时输岀频率，F₀为常量，同时产生相应的频率控制字以控制输出瞬时频率为F(t)的射频信号。

5.一种实现上述任一权利要求所述方法的系统，其特征在于，包括：采集激光光源输出光束获取并输岀对应光相位变化的模拟电信号的光鉴相单元、根据模拟电信号产生相应数字控制信号的数字控制电路单元、根据数字控制信号产生相应频率的射频电信号的数字式射频信号合成器以及根据射频电信号对输出光进行移频并输出线宽压缩光束的光移频单元。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征是，所述的激光光源为单纵模或准单纵模激光光源，其输出光线宽小于100MHz且为连续输出。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征是，所述的光鉴相单元基于延时双光束干涉原理，内置光纤耦合器、延时光纤、九十度相移光学混频器和平衡光电探测器；或内置光纤耦合器、延时光纤、3*3耦合器和光电探测器。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征是，所述的数字控制电路单元内置高速模数转换器与高速可编程数字逻辑器件以高于激光器输出线宽的频率下运行，其内部进行实时流水线式数据处理，从高速模数转换器获取的电信号中计算出实时的激光相位噪声，根据该相位噪声，计算出对应射频电信号应有的实时频率变化，并输出相应的控制信号。

9.根据权利要求5所述的系统，其特征是，所述的数字式射频信号合成器采用接受高速数字控制且其瞬时输出信号频率能够随控制信号发生快速仼意变化的单片式射频电信号发生器。

10.根据权利要求5所述的系统，其特征是，具体包括：半导体激光器、声光调制器、九十度相移光学混频器、FPGA、直接数字式频率合成器、传输光纤、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、延时光纤、平衡光电探测器、高速模数转换器和射频电信号放大器，其中：半导体激光器输出的光经第一光纤耦合器分束后的一部分激光经传输光纤后进入声光调制器，另一部分光经第二光纤耦合器分为两束并分别进入包括由九十度相移光学混频器和延时光纤组成的光纤M-Z延时干涉仪以及平衡光电探测器的光鉴相单元，平衡光电探测器则将光强度信号转为电信号输岀，髙速模数转换器将平衡光电探测器输出的两路电信号分别转为数字信号，由FPGA基于CORDIC算法以弧度为单位计算出光波延时前后相位噪声的差值并取反后作为实时频率偏差信号用于控制直接数字式频率合成器，直接数字式频率合成器输出的射频信号经射频信号放大器放大后输入声光调制器作为驱动信号，经光纤耦合器分束后的另一部分激光经传输光纤后进入声光调制器，该声光调制器通过驱动信号将瞬时相位变化以频移的方式叠加在输入光波上。