[发明专利]一种多激光器频率锁定装置

说明书

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种多激光器频率锁定装置。

背景技术

高稳频窄线宽半导体激光器，在高分辨率激光光谱、相干光通信、量子频标、中性原子的激光冷却与俘获、光学测量等领域中有非常重要的应用。因半导体激光器在自由运转时，频率起伏和漂移较大，为此人们采取了许多措施和方案来改善激光频率的长期和短期稳定性，其核心思想是利用腔的共振透射峰或者原子、分子的跃迁线作为参考频率对激光器进行稳频。一旦确定了参考频率，需要将多个激光器与参考光进行波长相关锁定，以此来改善各个激光器的频率稳定性。此外，将两个或者多个独立的半导体激光器以某一固定的频率间隔波长相互锁定，可实现光学频率梳。

激光器的频率随着驱动电流大小而改变，对于典型的DFB激光器，驱动电流每变化1mA，波长漂移量为0.01nm，换算到频率域，对于波长在1.55微米附近的激光器，光频率变化约为1.25GHz。由此可见，为了精确控制激光器波长，激光器驱动电流必须低噪声并且电流大小调谐精度极高。

最常见的频率锁定技术是利用光学标准具，将待测激光器频率锁定在标准具的其中一个滤波梳齿上，然而，这种方法的频率稳定度完全取决于标准具的稳定性，并且由于标准具的精细度有限，不能实现较高要求的频率稳定性。将两支激光器拍频后，通过光探测器，将光频率差转换成拍频微波信号，实现了从光域到电域的转换，极大的提高了频率测量分辨率，为激光器的频率锁定提供了可靠依据。

本发明将光外差拍频技术和高精细度电流波长调谐技术相结合，实现了对多个激光器的相互频率锁定。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多激光器频率锁定装置，该方案中，相邻激光器之间的频率差通过光外差拍频技术进行频率差锁定和量化；半导体激光器分别被两个步长差别较大的激光器驱动器联合驱动，以实现不同幅度的波长电流调谐。本发明通过控制不同激光器之间的相对频率稳定性，将光拍频产生的微波频率作为反馈信号，通过高精度波长电流调谐，可以实现很高精度的相对频率稳定性。

本发明提供了一种多激光器频率锁定装置，其包括：

至少N个激光器，其中N为大于等于2的自然数；

至少2N个激光驱动器，且每两个激光驱动器共同驱动一个激光器；

至少N个第一光耦合器，用于将每个激光器输出的光分成两路光；

第二光耦合器，用于将每个激光器的两路光中的第一路光进行耦合和输出；

至少N-1个第三光耦合器，其用于将每相邻两个激光器的两路光中的第二路光分别合并输出合并光，以实现光拍频；

其中，通过检测所述合并光，以两两锁定的方式使得所述N个激光器以预定频率间隔波长相互锁定。

本发明的有益效果是：该方案设计的多激光器频率锁定装置能通过激光器之间的相互拍频信号，有效的获取激光器之间的波长间隔信息，通过电路控制获得长期的激光器波长等间隔相关性，并且能通过与标准理想激光器之间的频率锁定，实现高度频率稳定和线宽压窄的光学频率梳。

附图说明

图1是本发明提供的多激光器频率锁定装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明的关键在于两个部分：激光器频差测试锁定；激光器光频率调谐控制。激光器频差的测试基于光外差拍频技术，通过拍频将两个激光器之间的频率差信息转换到微波域进行检测。

激光器的驱动电流决定激光器的频率稳定性。调节激光器驱动电流可以有效控制激光器的激射波长(光频率)。本发明中，每个激光器的电流驱动采用两个不同量程的激光器驱动，然后将两个驱动电流合并对一个激光器进行电流驱动。激光器波长的反馈控制采用数字量化程序实现，两个不同量程电流合并驱动的好处在于能将激光器的控制电流步长做到很小。例如，第一个驱动电流量程为300mA，第二个驱动电流量程为10mA，两个激光器的电流大小均通过12位的数模转换器进行量化控制，可以获得的最小步长为2.5微安，电流范围可以达到300mA的电流驱动。如果只是单个驱动器，很难同时兼顾很小的步长和较大范围的电流驱动。

请参阅图1所示，本发明提供一种多激光器频率锁定装置，其中包括：

第一激光器1，第二激光器2；两个激光器作为构成光学频率梳中的两个梳齿的激光源。