[发明专利]激光线宽压缩方法及系统

说明书

一种激光线宽压缩方法及系统，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；本发明针对现有技术难以实现对10MHz至100kHz级线宽水平的激光器的相位噪声进行快速、精准的瞬时相位调谐的缺陷，实现对激光光束相位的高精确度、高速率调谐，大幅提升了系统性能，可将输出激光线宽可达kHz乃至Hz量级。

技术领域

本发明涉及的是一种激光通信领域的技术，具体是一种基于光移频器与数字式射频信号合成器的高性能激光线宽压缩方法及系统。

背景技术

在各类高精度的激光感测系统与激光传感技术中，激光器线宽为限制系统性能指标的重要因素。在实际应用中，考虑到成本，尺寸，稳定性，技术成熟度等因素，常选用半导体激光器作为系统中的激光光源。然而，目前绝大多数商用半导体激光器的直接输出线宽通常在几十MHz至数百kHz的数量级，无法满足某些对感测精度要求较高的应用场景的需求。

经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号CN201510221740.2与CN201510612438.X中，都公开了基于声光移频器对激光进行调谐的技术，但其控制回路中均涉及较长的光纤路径，引入的延时较高，控制系统调谐速率与调谐精度均不够。其中，专利文献CN201510221740.2是用于补偿长距离光纤链路扰动造成的相位波动，专利文献CN201510612438.X需要构成反馈回路而且会引入边带，系统较为复杂，均不适用于对常规商用半导体激光器的线宽压缩。

发明内容

本发明针对现有技术难以实现对10MHz至100kHz级线宽水平的激光器的相位噪声进行快速、精准的瞬时相位调谐的缺陷，提出一种激光线宽压缩方法及系统，通过高速数字器件与控制系统来实现对激光光束相位的高精确度、高速率调谐，大幅提升了系统性能，可将输出激光线宽可达kHz乃至Hz量级。与此同时，该方法结构简单，且实现成本较低。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种激光线宽压缩方法，通过在驱动光移频或移相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。

所述的光移频或移相元件包括但不限于声光调制器或单边带光调制器。

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进行延时后进行相干解调并经光电探测得到。

所述的瞬时相位变化，通过高速可编程数字逻辑器件基于模数转换器实时采集的信号计算出输入激光在选择性延时前后产生的相位噪声并生成包含实时频率偏差的射频信号用于控制光移频元件。

本发明涉及一种实现上述方法的系统，包括：采集激光光源输出光束获取并输出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单元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。

所述的激光光源为单纵模/准单纵模激光光源，优选采用输出光线宽小于100MHz、连续输出的激光器，例如：外腔式半导体激光器(ECL)、分布式反馈型半导体激光器(DFBL)、分布式布拉格反射式半导体激光器(DBRL)、光纤激光器(FL)等。

所述的光移频单元指声光调制器(AOM)或单边带光强度调制器(SSB-IM)。

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。