全光纖化半導(dǎo)體激光器穩(wěn)頻裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器，特別是一種全光纖化半導(dǎo)體激光器穩(wěn)頻裝置，該裝置可應(yīng)用于激光原子冷卻、激光雷達(dá)等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體激光器由于其體積小、效率高、波長(zhǎng)選擇靈活等優(yōu)點(diǎn)在光頻標(biāo)、高分辨率光譜學(xué)、精密測(cè)量、光通信等領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用，而在上述應(yīng)用中激光的頻率穩(wěn)定度是一個(gè)極其重要的指標(biāo)參數(shù)。對(duì)于普通的自由運(yùn)轉(zhuǎn)的半導(dǎo)體激光器，因?yàn)槭艿焦ぷ鳝h(huán)境的影響，激光輸出的頻率長(zhǎng)期穩(wěn)定度較差，因此半導(dǎo)體激光穩(wěn)頻技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)術(shù)中發(fā)揮著越來越重要的作用。激光穩(wěn)頻初期主要通過恒溫、防振、密封隔聲、穩(wěn)定電源等方法以減小外界環(huán)境的影響，但這些技術(shù)很難保證頻率長(zhǎng)期穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性，若要達(dá)到更高要求的頻率穩(wěn)定度，必須依靠主動(dòng)穩(wěn)頻技術(shù)，即當(dāng)激光器的頻率發(fā)生波動(dòng)偏離頻率標(biāo)準(zhǔn)時(shí)實(shí)時(shí)地鑒別出來，通過反饋控制的方法將激光頻率恢復(fù)到原子、分子的吸收譜線或法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的透射峰等特定的頻率標(biāo)準(zhǔn)上。
[0003]在先常用的半導(dǎo)體激光器主動(dòng)穩(wěn)頻技術(shù)，依靠調(diào)制光譜法、PDH法、DAVLL法、偏振光譜法、Sagnac干涉探測(cè)法等在頻率標(biāo)準(zhǔn)處獲得所需的反饋誤差電學(xué)信號(hào)，并利用電學(xué)閉環(huán)控制環(huán)路進(jìn)行反饋穩(wěn)頻，該技術(shù)等需要復(fù)雜的處理電路及各種調(diào)制元件，裝置復(fù)雜且成本較高，并且反饋由電學(xué)信號(hào)完成，響應(yīng)帶寬受到一定程度的限制，限制了頻率穩(wěn)定度的進(jìn)一步提高。為了克服上述技術(shù)對(duì)穩(wěn)頻技術(shù)帶來的問題，在先技術(shù)利用非相干光學(xué)反饋對(duì)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行穩(wěn)頻(參見應(yīng)康，陳迪俊，蔡海文，瞿榮輝，半導(dǎo)體激光器穩(wěn)步裝置及其調(diào)整方法，申請(qǐng)?zhí)?201210060979.2 ;Yangguang Sun, Fang Wei, Zuoren Dong, DijunChen, Haiwen Cai, Ronghui Qu, All-optical frequency stabilizat1n and linewidthreduct1n of distributed feedback d1de lasers by polarizat1n rotated opticalfeedback[J], Optics Expree, 2014，22(13):15757-15762)。該技術(shù)通過引入非相干光反饋，將半導(dǎo)體激光器的頻率鎖定在銫原子852nm波段的飽和吸收峰上，并將半導(dǎo)體激光器的頻率穩(wěn)定度從96MHz壓縮到6.6MHz，可以突破電學(xué)反饋穩(wěn)頻帶寬的限制，同時(shí)無需精密電子學(xué)和激光器調(diào)諧執(zhí)行機(jī)構(gòu)參與穩(wěn)頻過程，但由于該技術(shù)的光路利用體光學(xué)元件進(jìn)行搭建，故具有光路調(diào)節(jié)復(fù)雜、反饋光強(qiáng)度不可控、體積大、穩(wěn)健性差等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述在先技術(shù)的不足，提供一種全光纖化半導(dǎo)體激光器穩(wěn)頻裝置。該裝置將半導(dǎo)體激光器的頻率鎖定在鑒頻單元的透射峰上，可有效減小系統(tǒng)的體積及重量，降低整個(gè)穩(wěn)頻系統(tǒng)對(duì)外界環(huán)境的敏感度，并進(jìn)一步提高穩(wěn)頻系統(tǒng)的穩(wěn)頻精度及抗擾性。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案
[0006]一種全光纖化半導(dǎo)體激光器穩(wěn)頻裝置，特點(diǎn)在于其結(jié)構(gòu)包括第一光纖耦合器、光纖偏振分束器、光纖隔離器、鑒頻單元、第二光纖耦合器、可調(diào)光纖衰減器、光電探測(cè)器、示波器，上述元部件通過保偏連接光纖連接如下:
[0007]所述的第一光纖親合器具有一個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，第一輸出端用于穩(wěn)頻激光的輸出，第二輸出端用于非相干光反饋穩(wěn)頻，該光纖耦合器的第二輸出端連接所述的光纖偏振分束器的①端口，且激光的偏振方向與保偏光纖的慢軸平行，并由所述的光纖偏振分束器的②端口輸出，該光纖偏振分束器的②端口依次經(jīng)過光纖隔離器、鑒頻單元后連接到第二光纖耦合器的輸入端，該光纖耦合器的一個(gè)輸出端的鑒頻單元透射譜由光電探測(cè)器探測(cè)并輸入所述的示波器的輸入端，對(duì)鑒頻單元得到的誤差光信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，而該光纖耦合器的另一個(gè)輸出端經(jīng)過可調(diào)光纖衰減器后連接到光纖偏振分束器的③端口，再經(jīng)過所述的偏振分束器后由①端口重新輸出，且激光的偏振方向與保偏光纖的快軸平行，從而得到帶有鑒頻信息的非相干激光反饋信號(hào)，且反饋信號(hào)的強(qiáng)弱可由可調(diào)光纖衰減器進(jìn)行調(diào)
-K-T。
[0008]本發(fā)明與在先技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0009]1、與在先技術(shù)相比，本發(fā)明的全光纖化半導(dǎo)體激光器穩(wěn)頻裝置，全部采用光纖化的光學(xué)元件，各元件間的對(duì)接固定簡(jiǎn)便，避免了體光學(xué)元件光路調(diào)整復(fù)雜的問題，且可以有效地減小穩(wěn)頻裝置的體積和重量；
[0010]2、與在先技術(shù)相比，本發(fā)明的全光纖化半導(dǎo)體激光器穩(wěn)頻裝置，全部光學(xué)元件的輸入輸出端均為保偏光纖，可以極大的消除空氣流動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)等環(huán)境擾動(dòng)對(duì)反饋光路的影響，具有穩(wěn)健性好的優(yōu)點(diǎn)。
[0011]3、與在先技術(shù)相比，本發(fā)明的全光纖化半導(dǎo)體激光器穩(wěn)頻裝置，非相干反饋光的強(qiáng)度調(diào)節(jié)更為靈活，且可以適用于各種保偏光纖輸入/輸出的透射型鑒頻單元。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明全光纖化半導(dǎo)體激光器穩(wěn)頻裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0013]圖2是半導(dǎo)體激光器非相干光注入功率對(duì)激光器輸出頻率的影響。
[0014]圖3是本發(fā)明非相干光反饋進(jìn)行穩(wěn)頻的原理示意圖。
[0015]圖4是本發(fā)明實(shí)施例1的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖5是本發(fā)明實(shí)施例2的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，根據(jù)本發(fā)明的思想，可以采用若干實(shí)施方法，如下幾種方案僅作為該發(fā)明思想的解釋說明，具體方案不局限于此。
[0018]先請(qǐng)參閱圖1，由圖可見，本發(fā)明全光纖化的半導(dǎo)體激光器穩(wěn)頻裝置，構(gòu)成包括半導(dǎo)體激光器光源1、半導(dǎo)體激光器控制器2、光纖耦合器3、光纖偏振分束器4、光纖隔離器5、鑒頻單元6、光纖耦合器7、可調(diào)光纖衰減器8、光電探測(cè)器9、示波器10，所述的光源控制器2為半導(dǎo)體激光器光源I提供可調(diào)的驅(qū)動(dòng)電流和溫度控制，在所述的半導(dǎo)體激光器光源I的出光方向連接所述的第一光纖耦合器3的輸入端，該光纖耦合器3的一個(gè)輸出端連接光纖偏振分束器4的①端口，該光纖偏振分束器4的②端口依次連接光纖隔離器5、鑒頻單元6、第二光纖親合器7的輸入端，該光纖親合器(7)的一個(gè)輸出端連接光電探測(cè)器9的輸入端，該光電探測(cè)器9的輸出端接示波器10的輸入端，對(duì)鑒頻單元得到的誤差光信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，而該光纖耦合器7的另一個(gè)輸出端依次連接可調(diào)光纖衰減器8及光纖偏振分束器4的③端口。光纖偏振分束器4可將鑒頻單元6得到的透射譜信號(hào)轉(zhuǎn)換為與半導(dǎo)體激光器光源I出射激光偏振方向垂直的反饋光重新注入到半導(dǎo)體激光器光源I中，并且反饋光的強(qiáng)度可以通過可調(diào)光纖衰減器8進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0019]本發(fā)明的具體原理如下:
[0020]本發(fā)明全光纖化半導(dǎo)體激光器穩(wěn)頻裝置基于非相干光反饋的原理，當(dāng)光頻率對(duì)穩(wěn)頻點(diǎn)發(fā)生偏移時(shí)，注入到半導(dǎo)體激光器的反饋光強(qiáng)度經(jīng)鑒頻單元后會(huì)發(fā)生改變，引起半導(dǎo)體激光器的頻率的改變，從而將半導(dǎo)體激光器的頻率穩(wěn)定在穩(wěn)頻點(diǎn)上。請(qǐng)參閱圖1，半導(dǎo)體激光器的非相干光反饋是通過光纖偏振分束器4實(shí)現(xiàn)的，光源I輸出的激光的偏振方向與保偏光纖的慢軸平行，用于穩(wěn)頻的激光通過光纖偏振分束器4的①端口后由光纖偏振分束器4的②端口輸出，偏振方向保持不變，接著經(jīng)過光纖隔離器5進(jìn)入到鑒頻單元6中得到帶有鑒頻信息的、偏振方向與慢軸平行的激光輸出，并由光纖偏振分束器4的③端口輸入后經(jīng)光纖偏振分束器4的①端口輸出偏振方向與保偏光纖慢軸垂直的激光，形成對(duì)半導(dǎo)體激光器光源的I的非相干光反饋。請(qǐng)參閱圖2，半導(dǎo)體激光器在工作時(shí)對(duì)于非相干反饋光很敏感，非相干反饋光的注入會(huì)引起半導(dǎo)體激光器輸出頻率的改變，圖2為半導(dǎo)體激光