[发明专利]基于温控机制的同步双频脉冲微片激光器装置

说明书

技术领域

本发明属于微波光子学领域，具体是基于温控机制的同步双频脉冲微片激光器装置。

背景技术

随着多媒体移动通信和固定网宽带无线接入的不断发展，用户对无线通信系统的带宽提出了越来越高的要求。在无线通信系统已经广泛应用于分米频段(300MHz-3GHz)微波通信的背景下，频率更高的信道逐渐成为需求，如厘米波频段(3GHz-30GHz)和毫米波频段(30GHz-300GHz)。毫米波波长在1mm-10mm，其频谱位于微波与远红外波想交叠的范围，具有两种波谱的优点，如频带宽、方向性好、抗干扰能力强。目前，毫米波在军事和民用领域有重大的价值，已经在雷达、通信、电子对抗、遥感和辐射测量仪器等方面得到了广泛的体现；而频段带宽较宽的毫米波受大气的影响比较严重，不适合远距离传输，因此将光纤通信与无线通信融合得到大频段带宽的光载无线通信Radio over fiber（ROF）技术应运而生。ROF技术将光纤通信技术与毫米波通信技术进行融合，既可有效解决毫米波在大气中传输距离短的问题，又可以实现无线通信的宽带化。

其中光生毫米波技术作为ROF系统的一项关键技术也越来越受到广泛的关注，光生毫米波技术的方法主要有光外差法、光倍频法和基于调制的方法，其中光外差法对两列光的相干性要求比较高，所以目前主要采用双频微片激光器光外差法拍频产生毫米波。双频微片激光器是指在一个激光谐振腔中能够同时产生两种不同频率的激光输出的激光器，它的谐振腔长度一般都在毫米量级，双频微片激光器输出的光束自拍频，容易产生低相位噪声、百GHz的毫米波信号；典型的双频微片激光器结构是在增益介质两端直接镀膜形成一体化的微型谐振腔，具有结构稳定、光束质量好、频差大的优点。光生毫米波中对双频激光脉冲的时间同步和相干性要求比较高，本发明装置采用一种新型的方法实现了对双频激光脉冲时间同步的精细调整，为光生毫米波打下基础。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于温控机制的同步双频脉冲微片激光器装置，通过采用LD预抽运、对激光器抽运源和微片增益介质的热沉进行温控，以得到时间同步的双频激光脉冲输出，为下一步光生毫米波应用于光载无线通信打下基础。

本发明包括双频激光产生装置和同步双频激光脉冲输出装置。

所述的双频激光产生装置包括微片激光器抽运源、传输光纤、自聚焦透镜、微片增益介质和半导体温控。微片激光器抽运源输出的激光经过传输光纤会聚到自聚焦透镜中心，然后入射到微片增益介质中。

微片激光器抽运源包括808nm激光器和脉冲信号调制源，使得能够在一根传输光纤中同时输出直流抽运光和脉冲抽运光。具体实施中通过改变微片激光器抽运源的预抽运参数（直流抽运电流、脉冲抽运电流、抽运脉冲脉宽、抽运脉冲重复频率），可以获得重复频率可控的脉冲激光序列。

传输光纤采用插入损耗较小的多模光纤；微片增益介质采用各向异性的双频微片晶体，在晶体的前端面和后端面分别镀膜；半导体温控用于对微片激光器抽运源和微片增益介质的温度进行调节。

所述的同步双频激光脉冲输出装置包括滤波片、分束器、偏振分束片、数字示波器、准直器、耦合器、RF (射频)分析仪和频谱分析仪；其中的滤波片用于选择所需的特定波长；分束器用于把激光分成两个光路；偏振分束片用于使正交偏振的两个激光模式分开；数字示波器用于观测一个抽运脉冲内双频激光脉冲对齐情况(根据抽运电流的大小，双频激光脉冲一般在时间上有微秒量级的时间差)；准直器用于将输出的光变成平行光，使光最大效率的进入耦合器；耦合器用于实现光信号的分路；射频(RF)分析仪和频谱分析仪用于观测双频激光脉冲的频谱特性。

所述的传输光纤中心、自聚焦透镜、增益介质中心处于同一光轴上。

抽运过程中通过对微片激光器抽运源和微片增益介质的热沉进行温控，调整双频激光脉冲的增益谱线和振荡激光波长，进而调整双频激光脉冲的出光时间使之同步得到同步双频激光脉冲输出，并观察双频激光脉冲时间同步后的频谱特性。

本发明有益效果：整个装置的设计结构比较简单、制作比较容易，通过调整预抽运参数，可以将激光脉冲限制在对应的抽运脉冲时间范围内。通过进一步对微片激光器抽运源和微片增益介质的热沉进行温控，移动增益谱线和振荡激光波长，实现时间同步的双频激光脉冲输出；为应用中研制稳定性好、实用性强的毫米波奠定基础，是一种具有较大应用前景的基于温控机制的同步双频脉冲微片激光器装置。

附图说明