[发明专利]一种半导体激光器边缘稳频系统

说明书

本发明涉及一种半导体激光器边缘稳频系统。本发明使用原子或者分子吸收谱线的边缘作为拓展稳频范围的参考，不仅可拓展半导体激光器可见光频率范围，而且利用分子基准的边缘可以实现红外频率范围的稳频，从而远远的拓宽了现有半导体激光器稳频方法稳频的频率范围；稳频实现完全电反馈，造价便宜；由于使用原子吸收谱线峰值锁定产生恒定正弦信号幅度，该方法实现稳频精度能达到中心锁定的稳频精度。

技术领域

本发明涉及激光光谱检测技术领域，特别是涉及一种半导体激光器边缘稳频系统。

背景技术

半导体激光器输出高亮度的单色(单一频率)光受到驱动电流是否恒定、工作条件下半导体材料是否稳定等多种因素的影响。为了保证半导体激光器输出单一频率光就需要对其输出频率进行主动可靠控制，保证输出频率稳定。与普通激光器稳频不同，半导体激光器稳频分内腔稳频或外腔稳频。无论外腔稳频或内腔稳频，在结构上都需要在半导体激光器外放置选频元件。选频元件也可称为频率标准元件。一般把通过频率标准元件的光反馈到半导体激光器光腔实现的稳频称为光反馈稳频，而把频率标准元件的测量结果通过电反馈到半导体激光器的驱动称为电反馈稳频。由于半导体激光器内腔是指由半导体晶体的解理面直接形成光腔，其光腔结构稳定性由温度和电流等控制，因此电反馈稳频也称为内腔稳频。

内腔稳频为了实现半导体激光器输出可靠稳定的单一频率的光，在半导体激光器工作的光路中放入频率标准元件，激光通过频率标准元件后，被光电探测器接收，转换成电信号后经处理用于驱动半导体激光器。

内腔稳频通用的频率标准元件分为法布里-帕罗(FP)标准具或原子基准。FP标准具是由两片平行放置的光学玻璃组成，通过选取合适的间隔距离，实现给定频率的光选通，实现选频功能。原子基准则是利用原子气体对给定频率光的吸收特性实现选频。

将激光器输出频率锁定在参考频率标准上，通常有两种锁定方法：中心锁定和边缘锁定，分别表示将激光频率锁定于标准频率的中心或斜边上。相对而言，前者应用更广泛一些。

图1给出了一种通用的FP标准具作为频率标准的中心锁定法结构图。其中，FP标准具的选透频率(f_r)与激光器输出频率(f)相等。调制驱动的半导体激光器输出单色光，经分束片分束穿过FP标准具，光电探测器接收后通过锁相处理，修正驱动半导体激光器使其输出稳定的光。如上图右边所示，f＝fr时，锁相输出误差信号为0，驱动修正为0；当不相等时，修正驱动，使半导体激光器输出频率稳定的激光。图中FP标准具，可以更换为吸收频率与激光器工作频率一致的原子气体标准，实现相同的稳频功能。

图2给出了一种通用的FP标准具作为频率标准的边缘锁定法结构图。其中，FP标准具的选透频率(f_r)与激光器输出频率(f)不相等，但是在其透过率曲线的边沿上。半导体激光器输出单色光，经分束片分束分别穿过FP标准具和可变衰减片，光电探测器接收后通过差分处理，修正驱动半导体激光器使其输出稳定的光。如上图右边所示，f＝fr时，调可变衰减片，使D1与D2相等，差分输出误差信号为0。当半导体激光器输出频率发生偏移时，差分输出不为零校正驱动，使半导体激光器输出频率稳定的激光。

由于原子标准所需特定吸收谱线的极其有限性，和FP标准具制造的可行性及昂贵造价，因此对于输出任意工作频率激光的半导体激光器是无法实现任意稳频，现实中也仅仅是对有限的应用才能实现稳频。

发明内容

本发明的目的是提供一种半导体激光器边缘稳频系统，可实现大范围半导体激光器工作频率稳频。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种半导体激光器边缘稳频系统，包括：恒流源模块和稳频模块，所述恒流源模块包括参考半导体激光器、调制源、第一恒电流源、原子基准单元、第一光电探测器、第一锁相放大器和第一分波片，所述稳频单元包括稳频半导体激光器、受控调制源、第二恒电流源、选频基准单元、第二光电探测器、第二锁相放大器和第二分波片；