[实用新型]一种用于DFB激光器饱和吸收稳频的锁定系统

说明书

本实用新型公布了一种用于DFB激光器饱和吸收稳频的锁定系统，包括精密控温模块和锁定环路；其中：精密控温模块包括依次相连接的热敏电阻、线性测温电桥、差分放大电路、比例积分微分补偿网络、脉宽调制控制器、半导体制冷器驱动电路和半导体制冷器；锁定环路包括电流源、DFB激光器、饱和吸收光路、光电探测器、带通滤波放大器、相敏解调模块、移相模块、三角波发生模块、方波和正弦波发生模块、比例积分电路和加法器。锁定系统科学合理，结构简单、使用方便、体积小、成本低，精密控温模块控温稳定度高；锁定环路灵活性强、模块化清晰、性能优良，操作简单。

技术领域

本实用新型涉及半导体激光器稳频技术领域，具体涉及一种用于分布式反馈(Distributed Feedback Laser，DFB)激光器饱和吸收稳频的锁定系统。

背景技术

DFB激光器是一种半导体激光器，其正常工作产生激光需要同时满足激励源、粒子束翻转、谐振腔这三个条件。通过外部激励的作用，把适当电压加在半导体晶体的PN结两端，可导致载流子形成反转分布状态，价电子中包含空穴、在导带中包含电子。当导带的电子发生跃迁时，即电子跃迁至较低的价带，产生空穴与电子复合，同时产生光子，结合谐振腔的反馈加强作用从而产生了激光。在理想情况下，理论上来说，激光的波长是恒定的，但由于在这一系列过程中，存在各类环境和器件因素的干扰，激光器输出激光波长通常在一定范围内随机波动，难以保持稳定。即现有的自由运转状态的半导体激光器由于温度等环境因素影响和自身器件和电路、光路的一些噪声干扰，存在着一定的频率抖动，这将限制半导体激光器在对频率稳定度要求较高的精密测量，原子频标，光通信等领域的应用，因此，必须采取措施进一步提高激光器频率稳定度。

根据半导体激光器调谐特性，激光器输出激光波长由温度和驱动电流决定。因此在保证机激光器温度基本稳定的情况下，可以通过改变电流实现激光器频率的定量改变，此时再加以一个具有更高稳定度的锁定频率基准就可以实现半导体激光器稳频。针对温度控制问题，DFB激光器相较于外腔半导体激光器有更高的温调率，这意味着DFB激光器对温度变化更敏感，对控温模块的控温稳定度要求更高。现有半导体激光器控温技术常采用MAX1978专用集成芯片，但是控制精度较低，尚不能满足要求。针对频率基准问题，原子能级系统由原子本身的性质决定，受外界环境因素影响较小，若将稳定度更高的原子跃迁频率作为基准对激光频率校正，那么频率稳定度将得到明显提高。饱和吸收稳频是一种有效的激光器稳频技术，其本质是借助滤除多普勒本底的饱和吸收谱峰为基准，结合小调制微扰和相敏解调原理实现对激光器频率校正，进而提高激光器输出频率的稳定度。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种用于DFB激光器饱和吸收稳频的锁定系统，以解决现有技术存在的由于环境噪声、温度变化、器件噪声等引起的激光器频率不稳定的问题，将激光器的频率稳定度控制在一定范围内。系统的结构简单、成本较低、控温精度高，锁定效果优良。

本实用新型的实现原理是：基于DFB激光器的电流调谐特性，通过精密温控模块维持DFB激光器温度稳定，避免因为温度发生波长偏移；再通过锁定环路把激光频率锁定在饱和吸收谱峰上，从而使得激光波长保持长时间的更高稳定度。本技术方案基于线性测温电桥、遗传算法、MAX1978芯片设计精密控温系统，控温稳定度达到0.2mK，相比于现有常见的半导体激光器控温系统，控温稳定度提高了1至2个数量级，体积小，操作简单。此为，还设计了DFB饱和吸收稳频的锁定环路，结构简单，易调节，灵活性强，锁定效果优良。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种用于DFB激光器饱和吸收稳频的锁定系统，包括DFB激光器、精密控温模块和锁定环路；其中：

精密控温模块包括热敏电阻、线性测温电桥、差分放大电路、比例积分微分补偿网络、脉宽调制控制器、半导体制冷器驱动电路、半导体制冷器；锁定环路包括电流源、DFB激光器、饱和吸收光路、光电探测器、带通滤波放大器、三个开关、比例积分电路、相敏解调模块、移相模块、三角波发生模块、方波和正弦波发生模块、加法器。