[发明专利]一种半导体激光器的稳频系统

说明书

本发明提供一种稳定半导体激光器频率的方法。本方案主要利用受激布里渊散射的泵浦光频率与布里渊频移量的对应关系构建鉴频曲线从而进行激光器的主动稳频与频率调谐。稳频方案由半导体激光器、环形器、耦合器、掺铒光纤放大器、光电探测器、伺服控制器构成。泵浦光经过掺铒光纤放大器进行功率放大，然后通过环形器输出，通过耦合器上下两路经过两段光纤进行受激布里渊散射，两路后向散射光合束后通过环形器到达光电探测器拍频能够产生一个低频的电信号，根据所获取的电信号与泵浦光对应的关系来获得泵浦光频率，利用伺服控制器反馈控制激光器从而达到稳频控频的目的。本方案基于受激布里渊散射的特性，能够将泵浦光频率线性映射到低频电信号上，系统简单，成本低廉，在稳频控频方面具有较好的应用价值。

技术领域

本发明涉及光电子技术领域，具体涉及为一种半导体激光器的稳频系统。

背景技术

激光器是光学系统中不可或缺的基本元器件，半导体激光器具有体积小、重量轻、寿命长、功耗低、价格低廉、易于调制等优点，在光纤通信系统中得到广泛的应用。随着光通信的不断发展，对半导体激光器的频率稳定性要求越来越高，但是半导体激光器自由运转时其输出很不稳定，输出频率会随时间有较大的波动，频率稳定性差，因此采用主动稳频的方式对半导体激光器的频率进行稳定具有很重要的意义。

通常，激光器的主动稳频技术有兰姆凹陷法，原子分子饱和吸收谱稳频法，基于光学谐振腔共振PDH(Pound-Drever-Hall)稳频法等。兰姆凹陷稳频法是利用非均匀加宽线性增益曲线的烧孔效应，以增益曲线的中心频率作为参考频率，但是其有一个范围，不能将激光器频率稳定在一个点上，同时易受到放电条件影响，并且复现性较差。饱和吸收谱稳频法由于原子分子的跃迁谱线一般是固定的，所以只能针对某些特定波长的激光才能够进行稳频，应用受限。PDH法需要额外的参考信号，同时需要调制器，混频器等器件，且对于不同频率的信号，需要调整谐振腔，结构复杂，成本高。目前，需要发展一种能够满足任意频率稳定的方案，同时降低整个系统的复杂度。为了解决以上问题，本发明利用受激布里渊频移与泵浦光频率的线性关系，通过使得泵浦光在两种传输介质中发生受激布里渊散射，后向散射所产生两路频率不同的斯托克斯光进行拍频，利用拍频得到的电信号与泵浦光的频率的对应关系作为鉴频曲线进行稳频，具有可对任意频率进行稳定的优势，并且结构简单，成本低，便于集成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够对激光器输出的激光频率进行稳定控制的系统和方法，所述系统包括：半导体激光器(1)，掺铒光纤放大器(2)，光纤环形器(3)，光纤耦合器(4)，散射介质光纤(5)，散射介质光纤(6)，光电探测器(7)，伺服控制器(8)。激光器发出的泵浦光经过掺铒光纤放大器进行功率放大以便达到受激布里渊散射的所需的功率阈值，放大后的泵浦光经过环形器到达耦合器分为上下两路，上下两路分别连接两路光纤作为受激布里渊散射的散射介质。两路光纤的非线性特性存在微小差异，泵浦光在两路光纤中发生受激布里渊散射产生频率不同的两路斯托克斯散射光，两路散射光通过耦合器合成一路，经过光纤环形器出射到达光电探测器进行拍频，伺服控制器采集探测器的拍频信号，获得电信号的频率信息，计算机根据鉴频曲线计算出所对应的激光器频率，当泵浦光的频率发生漂移时，拍频信号的频率也发生改变从而偏离参考信号，伺服控制器得到一个误差参考信号，通过反馈控制激光器使得到的电信号锁定在鉴频曲线所对应的频点上，完成激光器的稳频。

一种半导体激光器的稳频系统，具体的实施过程主要包括以下几个步骤：

一、首先激光器发出的泵浦光经过掺铒光纤放大器进行功率放大从而达到发生受激布里渊散射的功率阈值，放大后的激光通过环形器到达耦合器分为上下两路，上下两路连接两路光纤作为散射介质，泵浦光入射到两路光纤中发生受激布里渊散射；

二、泵浦光在在散射介质中产生受激布里渊散射，所述的两个散射介质的非线性系数存在微小差异，受激布里渊效应产生散射光的频率也存在微小差异，两路散射光经过耦合器合成一路到达光电探测器进行拍频，得到两路散射光频率差频的低频信号，这一信号输入到伺服控制器中进行检测；