全光纖化半導體激光器穩頻裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體激光器，特別是一種全光纖化半導體激光器穩頻裝置，該裝置可應用于激光原子冷卻、激光雷達等領域。
【背景技術】
[0002]半導體激光器由于其體積小、效率高、波長選擇靈活等優點在光頻標、高分辨率光譜學、精密測量、光通信等領域具有十分廣泛的應用，而在上述應用中激光的頻率穩定度是一個極其重要的指標參數。對于普通的自由運轉的半導體激光器，因為受到工作環境的影響，激光輸出的頻率長期穩定度較差，因此半導體激光穩頻技術在現代科學術中發揮著越來越重要的作用。激光穩頻初期主要通過恒溫、防振、密封隔聲、穩定電源等方法以減小外界環境的影響，但這些技術很難保證頻率長期穩定性和復現性，若要達到更高要求的頻率穩定度，必須依靠主動穩頻技術，即當激光器的頻率發生波動偏離頻率標準時實時地鑒別出來，通過反饋控制的方法將激光頻率恢復到原子、分子的吸收譜線或法布里-珀羅標準具的透射峰等特定的頻率標準上。
[0003]在先常用的半導體激光器主動穩頻技術，依靠調制光譜法、PDH法、DAVLL法、偏振光譜法、Sagnac干涉探測法等在頻率標準處獲得所需的反饋誤差電學信號，并利用電學閉環控制環路進行反饋穩頻，該技術等需要復雜的處理電路及各種調制元件，裝置復雜且成本較高，并且反饋由電學信號完成，響應帶寬受到一定程度的限制，限制了頻率穩定度的進一步提高。為了克服上述技術對穩頻技術帶來的問題，在先技術利用非相干光學反饋對半導體激光器進行穩頻(參見應康，陳迪俊，蔡海文，瞿榮輝，半導體激光器穩步裝置及其調整方法，申請號 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)。該技術通過引入非相干光反饋，將半導體激光器的頻率鎖定在銫原子852nm波段的飽和吸收峰上，并將半導體激光器的頻率穩定度從96MHz壓縮到6.6MHz，可以突破電學反饋穩頻帶寬的限制，同時無需精密電子學和激光器調諧執行機構參與穩頻過程，但由于該技術的光路利用體光學元件進行搭建，故具有光路調節復雜、反饋光強度不可控、體積大、穩健性差等缺點。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于克服上述在先技術的不足，提供一種全光纖化半導體激光器穩頻裝置。該裝置將半導體激光器的頻率鎖定在鑒頻單元的透射峰上，可有效減小系統的體積及重量，降低整個穩頻系統對外界環境的敏感度，并進一步提高穩頻系統的穩頻精度及抗擾性。
[0005]本發明的技術解決方案
[0006]一種全光纖化半導體激光器穩頻裝置，特點在于其結構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、可調光纖衰減器、光電探測器、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輸入端和兩個輸出端，第一輸出端用于穩頻激光的輸出，第二輸出端用于非相干光反饋穩頻，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輸出端的鑒頻單元透射譜由光電探測器探測并輸入所述的示波器的輸入端，對鑒頻單元得到的誤差光信號進行實時顯示，而該光纖耦合器的另一個輸出端經過可調光纖衰減器后連接到光纖偏振分束器的③端口，再經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，且反饋信號的強弱可由可調光纖衰減器進行調
-K-T。
[0008]本發明與在先技術相比，具有以下優點和積極效果:
[0009]1、與在先技術相比，本發明的全光纖化半導體激光器穩頻裝置，全部采用光纖化的光學元件，各元件間的對接固定簡便，避免了體光學元件光路調整復雜的問題，且可以有效地減小穩頻裝置的體積和重量；
[0010]2、與在先技術相比，本發明的全光纖化半導體激光器穩頻裝置，全部光學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、機械振動等環境擾動對反饋光路的影響，具有穩健性好的優點。
[0011]3、與在先技術相比，本發明的全光纖化半導體激光器穩頻裝置，非相干反饋光的強度調節更為靈活，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是本發明全光纖化半導體激光器穩頻裝置的結構框圖。
[0013]圖2是半導體激光器非相干光注入功率對激光器輸出頻率的影響。
[0014]圖3是本發明非相干光反饋進行穩頻的原理示意圖。
[0015]圖4是本發明實施例1的系統結構示意圖。
[0016]圖5是本發明實施例2的系統結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和實施例對本發明進行進一步說明，根據本發明的思想，可以采用若干實施方法，如下幾種方案僅作為該發明思想的解釋說明，具體方案不局限于此。
[0018]先請參閱圖1，由圖可見，本發明全光纖化的半導體激光器穩頻裝置，構成包括半導體激光器光源1、半導體激光器控制器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、可調光纖衰減器8、光電探測器9、示波器10，所述的光源控制器2為半導體激光器光源I提供可調的驅動電流和溫度控制，在所述的半導體激光器光源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)的一個輸出端連接光電探測器9的輸入端，該光電探測器9的輸出端接示波器10的輸入端，對鑒頻單元得到的誤差光信號進行實時顯示，而該光纖耦合器7的另一個輸出端依次連接可調光纖衰減器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得到的透射譜信號轉換為與半導體激光器光源I出射激光偏振方向垂直的反饋光重新注入到半導體激光器光源I中，并且反饋光的強度可以通過可調光纖衰減器8進行調節。
[0019]本發明的具體原理如下:
[0020]本發明全光纖化半導體激光器穩頻裝置基于非相干光反饋的原理，當光頻率對穩頻點發生偏移時，注入到半導體激光器的反饋光強度經鑒頻單元后會發生改變，引起半導體激光器的頻率的改變，從而將半導體激光器的頻率穩定在穩頻點上。請參閱圖1，半導體激光器的非相干光反饋是通過光纖偏振分束器4實現的，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，接著經過光纖隔離器5進入到鑒頻單元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，形成對半導體激光器光源的I的非相干光反饋。請參閱圖2，半導體激光器在工作時對于非相干反饋光很敏感，非相干反饋光的注入會引起半導體激光器輸出頻率的改變，圖2為半導體激光