[发明专利]锁定光通信波段双激光器频率的装置及方法

权利要求书

1.一种锁定光通信波段双激光器频率的装置，其特征在于：包括第一激光系统和第二激光系统；

所述第一激光系统包括第一激光器（1），所述第一激光器（1）输出沿保偏光纤慢轴传输的单频线偏振激光依次经过保偏光纤连接的第一保偏光纤隔离器（2）、第一保偏光纤衰减器（3）、第一保偏光纤电光调制器（4）后进入保偏光纤偏振合束器（5）的第一输入端；

所述第二激光系统包括第二激光器（16），所述第二激光器（16）输出沿保偏光纤慢轴传输的单频线偏振激光依次经过保偏光纤连接的第二保偏光纤隔离器（17）、第二保偏光纤衰减器（18）、第二保偏光纤电光调制器（19）后进入保偏光纤偏振合束器（5）的第二输入端；

所述保偏光纤偏振合束器（5）的输出端通过保偏光纤与保偏光纤光栅（6）的输入端相连，所述保偏光纤光栅（6）的输出端通过保偏光纤与保偏光纤耦合器（7）的输入端相连，所述保偏光纤耦合器（7）的第一输出端通过保偏光纤与单光子探测器（8）的输入端相连；

所述单光子探测器（8）的第一输出端与第一锁相放大器（11）的输入端相连，所述第一锁相放大器（11）的第一输出端与第一模拟比例积分微分控制器（14）的输入端相连，所述第一锁相放大器（11）的第二输出端与示波器（15）的第一输入端相连，所述第一锁相放大器（11）的调制输出端与第一加法器（10）的第一输入端相连，所述第一加法器（10）的第二输入端与第一射频源（9）的输出端相连，所述第一加法器（10）的输出端与第二加法器（13）的第一输入端相连，所述第一模拟比例积分微分控制器（14）的输出端与第二加法器（13）的第二输入端相连，所述第二加法器（13）的输出端与第一压控振荡器（12）的输入端相连，所述第一压控振荡器（12）的输出端与第一保偏光纤电光调制器（4）的调制输入端相连；

所述单光子探测器（8）的第二输出端与第二锁相放大器（22）的输入端相连，所述第二锁相放大器（22）的第一输出端与第二模拟比例积分微分控制器（25）的输入端相连，所述第二锁相放大器（22）的第二输出端与示波器（15）的第二输入端相连，所述第二锁相放大器（22）的调制输出端与第三加法器（21）的第一输入端相连，所述第三加法器（21）的第二输入端与第二射频源（20）的输出端相连，所述第三加法器（21）的输出端与第四加法器（24）的第一输入端相连，所述第二模拟比例积分微分控制器（25）的输出端与第四加法器（24）的第二输入端相连，所述第四加法器（24）的输出端与第二压控振荡器（23）的输入端相连，所述第二压控振荡器（23）的输出端与第二保偏光纤电光调制器（19）的调制输入端相连。

2.根据权利要求1所述的锁定光通信波段双激光器频率的装置，其特征在于：所述保偏光纤光栅（6）为π相移保偏光纤光栅，慢轴透射峰线宽为65MHz，快轴透射峰线宽为67MHz。

3.一种锁定光通信波段双激光器频率的方法，其特征在于：包括如下步骤：第一激光器（1）输出沿保偏光纤慢轴传输的1549.64nm单频线偏振激光进入第一保偏光纤隔离器（2），经过第一保偏光纤隔离器（2）输出的激光经过第一保偏光纤衰减器（3）调节强度至单光子量级，之后单光子信号进入第一保偏光纤电光调制器（4）进行相位调制，然后单光子信号进入保偏光纤偏振合束器（5）的第一输入端，经过保偏光纤偏振合束器（5）输出后进入保偏光纤光栅（6）传输；

第二激光器（16）输出沿保偏光纤慢轴传输的1549.97nm单频线偏振激光进入第二保偏光纤隔离器（17），经过第二保偏光纤隔离器（17）输出的激光经过第二保偏光纤衰减器（18）调节强度至单光子量级，之后单光子信号进入第二保偏光纤电光调制器（19）进行相位调制，然后单光子信号进入保偏光纤偏振合束器（5）的第二输入端，经过保偏光纤偏振合束器（5）输出后也进入保偏光纤光栅（6）传输；

第一射频源（9）输出8Hz斜波扫描信号和第一锁相放大器（11）输出8.9kHz高频调制信号通过第一加法器（10）叠加在一起，经过第二加法器（13）后输入到第一压控振荡器（12）的电压调谐端口，其中斜波信号用于扫描边带信号的频率，高频调制信号用于调制边带信号的频率；第一压控振荡器（12）输出调制的正弦波信号加载到第一保偏光纤电光调制器（4）的调制端口，第一保偏光纤电光调制器（4）的调制带宽为20GHz，则输入单光子信号经过相位调制后产生左右一阶边带，选择合适的边带频率，使得保偏光纤光栅（6）的快轴透射频率能够与右边带信号共振；经过保偏光纤光栅（6）透射输出的单光子信号进入保偏光纤耦合器（7），保偏光纤耦合器（7）第一输出端输出信号由单光子探测器（8）采集，并输出对应强度的数字脉冲信号，数字脉冲信号的分布概率被8.9kHz正弦波调制，即数字脉冲携带8.9kHz调制信息；

第二射频源（20）输出10Hz斜波扫描信号和第二锁相放大器（22）输出的8.2kHz调制信号通过第三加法器（21）叠加在一起，经过第四加法器（24）后输入到第二压控振荡器（23）的电压调谐端口，其中斜波信号用于扫描边带信号的频率，高频调制信号用于调制边带信号的频率；第二压控振荡器（23）输出调制的正弦波信号加载到第二保偏光纤电光调制器（19）的调制端口，第二保偏光纤电光调制器（19）的调制带宽为20GHz，则输入单光子信号经过相位调制后产生左右一阶边带，选择合适的边带频率，使得保偏光纤光栅（6）的慢轴透射频率能够与右边带信号共振；经过保偏光纤光栅（6）透射输出的单光子信号进入保偏光纤耦合器（7），保偏光纤耦合器（7）第一输出端输出信号由单光子探测器（8）采集，并输出对应强度的数字脉冲信号，数字脉冲信号的分布概率被8.2kHz正弦波调制，即数字脉冲携带8.2kHz调制信息；

单光子探测器（8）输出的第一路数字脉冲进入第一锁相放大器（11）进行解调，第一锁相放大器（11）的积分时间为1ms，滤波斜率为24dB，对应的滤波带宽为78.1Hz；第一锁相放大器（11）只解调8.9kHz位置处对应的调制信号，滤除了8.2kHz处的噪声信号，第一锁相放大器（11）输出对应的误差信号进入第一模拟比例积分微分控制器（14）进行优化，同时在示波器（15）上进行同步监视；第一模拟比例积分微分控制器（14）输出优化的误差信号经过第二加法器（13）后加载到第一压控振荡器（12）的电压调谐端口，关闭第一射频源（9）输出的斜波扫描信号，选择合适的直流偏置，使右边带信号与保偏光纤光栅（6）的快轴透射频率完全共振，使示波器（15）上观察到的误差信号幅度最小，相应的激光频率起伏小于3.5MHz，则实现了锁定第一激光器（1）的频率到保偏光纤光栅（6）的快轴透射峰；

单光子探测器（8）输出的第二路数字脉冲进入第二锁相放大器（22）进行解调，第二锁相放大器（22）的积分时间为1ms，滤波斜率为18dB，对应的滤波带宽为93.75Hz；第二锁相放大器（22）只解调8.2kHz调制频率处对应的调制信号，滤除8.9kHz处的噪声信号，第二锁相放大器（22）输出对应的误差信号进入第二模拟比例积分微分控制器（25）进行优化，同时在示波器（15）上进行同步监视；第二模拟比例积分微分控制器（25）输出优化的误差信号经过第四加法器（24）后加载到第二压控振荡器（23）的电压调谐端口，关闭第二射频源（20）输出的斜波扫描信号，选择合适的直流偏置，使右边带信号与保偏光纤光栅（6）的慢轴透射频率完全共振，使示波器（15）上观察到的误差信号幅度最小，相应的激光频率起伏小于3.9MHz，则实现了锁定第二激光器（16）的频率到保偏光纤光栅（6）的慢轴透射峰。