[发明专利]一种基于量子级联激光器的全光纯频率调制系统

说明书

本发明公开了一种基于量子级联激光器的全光纯频率调制系统，包括量子级联激光器、高精度电流源、恒温控制装置、双光束调制系统、光束准直器、分束器、傅里叶红外光谱仪、光束聚焦器、高频红外探测器、高精度示波器。本发明利用频率调制光源照射量子级联激光器出射端面实现高速振幅、频率调制，且振幅调制为正调制；利用振幅调制抑制光源照射量子级联激光器出射端面实现高速振幅、频率调制，且振幅调制为负调制；利用频率调制光源和振幅调制抑制光源的同步，实现振幅调制的同步抑制，实现纯频率调制。

技术领域

本发明涉及自由空间红外光通信技术、红外激光光谱技术领域，具体涉及一种基于量子级联激光器的全光纯频率调制系统。

背景技术

现有技术中，量子级联激光器作为一种广泛使用的红外相干光源，其具有线宽窄、功率高、可在室温环境下工作等优点。由于中红外激光在大气中的传输损耗低，使得其具有自由空间光通信的应用优势；由于中红外波段覆盖了绝大多数气体分子的指纹光谱区，所以使得是对于痕量气体检测具有巨大的优势。频率调制技术可以调高量子级联激光器的传输带宽和光谱信号的信噪比，但频率调制必定伴随着振幅调制，振幅调制则影响着信号的准确度，所以抑制振幅调制，实现纯频率调制是有着重要应用价值的。

采用光、电结合的方式实现对量子级联激光器纯频率调制虽然已有报道，然而，电调制的方式受寄生电容的影响，调制速度受到限制，无法实现高速调制，且光、电结合的方式受到激光器电流热效应，使得量子级联激光器输出波长红移，降低了由光调制引起的激光频率变化量，大大限制了红外激光光谱技术和自由空间红外光通讯技术的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于量子级联激光器的全光纯频率调制系统，解决电调制的方式受寄生电容的影响，调制速度受到限制，且光、电结合的方式受到激光器电流热效应，使得量子级联激光器输出波长红移，降低了由光调制引起的激光频率变化量的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于量子级联激光器的全光纯频率调制系统，其特征在于包括量子级联激光器、高精度电流源、恒温控制装置、双光束调制系统、光束准直器、分束器、傅里叶红外光谱仪、光束聚焦器、高频红外探测器、高精度示波器，其中：

量子级联激光器：用于产生可见光或近红外光；

高精度电流源：用于向量子级联激光器提供直流或者脉宽为Tp、重复频率为ωr的电流脉冲序列，使得量子级联激光器工作在直流或脉冲模式下；

恒温控制装置：用于为量子级联激光器提供一个恒定温度的工作环境，保证量子级联激光器的稳定工作；

双光束调制系统：用于对量子级联激光器输出的光进行两种调制，其中一个增大调制，另一个减小调制，并且使得输出光波长振荡的幅值与可见光或近红外光束光强成正比，实现量子级联激光器的振幅、频率调制、振幅抑制，实现纯频率调制，并输出调制后的光波；

光束准直器：对量子级联激光器输出的光波进行准直调节并输出至分束器；

分束器：将光束准直器输出的光波分成两束功率相同的光束，其中一束经耦合入傅里叶红外光谱仪，另一束则经过光束聚焦器聚焦在高频红外探测器的探测面上；

傅里叶红外光谱仪：用于对量子级联激光器输出红外光波长变化的测量；

高频红外探测器：将所探测到的光信号转化成为电信号传递给高精度示波器，由高精度示波器实现信号的显示。