一种减小激光器系统标准具效应的方法技术方案

本发明专利技术揭示了一种减小激光器系统标准具效应的方法，包括以下步骤将直流偏置电路和调制信号发生器分别与激光器的电极连接，所述直流偏置电路用于驱动激光器，为激光器提供泵浦用的载流子，所述激光器内设有一谐振腔，所述谐振腔将泵浦用的载流子转化为光子，并且受激辐射，形成稳定的激光输出，所述直流偏置电路和所述调制信号注入激光器，所述调制信号发生器输出调制信号，所述调制信号和激光器自身的寄生参数匹配，以改变激光器谐振腔内光子的分布状态。本发明专利技术从空间上和时间上都减小了因为标准具效应而带来的激光器短时间内的功率波动，保证了整个激光器系统的稳定性，并且具有低成本、易组装调节、性能稳定等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光器
，具体涉及一种减小激光器系统标准具效应的方法。
技术介绍
激光由于其具有的高亮度、高相干性和高准直性等特点，在工业、通信、医学、科学研究及社会生活等领域发挥了独特而至关重要的作用。但是在一些对激光器稳定性要求比较高的情况，因激光器窗口或者光路整形元件会产生标准具效应影响激光输出光束稳定性。单模激光二极管，例如，一种运用二极管在发射波长方面的可调整性的DFB(分布式反馈激光器)或VCSEL(垂直腔面发射激光器)激光器振荡器部分容易受到因为标准具效应而产生的反射光的影响；并且更进一步地，载流子起伏引起的有源区折射率的起伏，使得原来稳定的谐振腔处于非稳态或者因为激光器谐振作用没有达到稳定的状态；并且更进一步地增加了自然发射向振荡模的耦合，整个过程反复重复进行，增加了激光器本身输出的不稳定性，从而在应用过程中不能达到高灵敏度的检查或者应用。专利技术专利CN102195233A阐述了一种应用动态调节的方式降低标准具效应的方法，出了用于周期性改变光学元件相对于激光二极管的位置和排列的一种可电控的动力装置，从而使得壳中的激光束的光径长度周期性变化。光学元件的振荡运动具有对由壳中激光束的背反射导致的标准具效应和自混合效应进行时间平均的效果，由此降低激光二极管结构的光学噪声。该方法可以减小标准具效应带来的激光器系统的输出光束的不稳定性，但是实施过程复杂，因为系统中有动态移动的元件，过程中容易造成系统因为动态元件的存在而带来的系统不稳定因素，且过程中为动态元件提供动力的驱动电路，同样也会造成系统的冗余和不确定性。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，依靠谐振腔内光子和载流子的关系，通过改变谐振腔内平衡，能够有效的控制标准具效应带来的激光器系统输出光束的不稳定性，提出一种性能稳定、能量损失少，适用于高效稳定激光系统的一种减小激光器系统标准具效应的方法。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种减小激光器系统标准具效应的方法，包括以下步骤：S1：将直流偏置电路和调制信号发生器分别与激光器的电极连接，所述直流偏置电路用于驱动激光器，为激光器提供泵浦用的载流子，所述激光器内设有一谐振腔，所述谐振腔将泵浦用的载流子转化为光子，并且受激辐射，形成稳定的激光输出，所述直流偏置电路和所述调制信号注入激光器，所述调制信号发生器输出调制信号，所述调制信号和激光器自身的寄生参数匹配，以改变激光器谐振腔内光子的分布状态；激光器波长和带宽的关系为：其中，α为展宽因子，与激光器的设计有关，α为一常数；P为光功率，为绝热啁啾，dp/dt为瞬态啁啾；激光器载流子和光子的关系方程为：S2：通过激光器谐振腔匹配的载流子的注入，影响激光器已经平衡的光子的分布的状态，让经过该状态后的光子再和激光器窗口或光学元件反射的激光相遇形成标准具效应，提高激光器输出激光的稳定性。优选地，所述寄生参数为寄生电容或寄生电阻，所述直流偏置电路和所述调制信号发生器注入到所述激光器中，所述调制信号和所述寄生电容、所述寄生电阻构成共振关系，体现在光学输出上为啁啾效应，谐振腔输出激光模式增加，微量返回光作用到所述激光器后，多个模式的标准具效应对激光器的影响小于等量的单个模式或少数模式的自混合干涉效应对激光器的影响，所述激光器进而输出稳定的激光光束。优选地，所述激光器沿光轴z方向放置，所述直流偏置电路和所述调制信号发生器与所述激光器间隙设置，所述激光器与所述直流偏置电路和所述调制信号发生器电性连接。优选地，所述激光器的后面间隙设置有一用于引导激光光束和/或对激光光束整形的光学元件。优选地，所述调制信号发生器可为数字信号发生器或模拟信号发生器。优选地，所述光学元件为一种衍射光学元件。本专利技术技术方案的优点主要体现在：从空间上和时间上都减小了因为标准具效应而带来的激光器短时间内的功率波动，保证了整个激光器系统的稳定性；能够有效降低返回光对激光器稳定性的影响，进而有效的减小标准具效应进而使得激光器本身的稳定性降低。该激光器系统结构简单，简便可行，在使用过程中能量损失少，可适用于高效稳定的激光器系统，且具有低成本、易组装调节、性能稳定等优点，可在产业中推广应用。附图说明参照附图，本专利技术的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本专利技术的保护范围构成限制。其中：图1是本专利技术实施例1激光器系统的结构示意图；图2是本专利技术调制信号电路的电路结构示意图；图3是未使用该专利技术激光器的相对光强分布图；图4是本专利技术空间上激光器的相对光强分布图；图5是未使用该专利技术的激光器结构原理图；图6是本专利技术时间上激光器的结构原理图。具体实施方式本专利技术的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本专利技术技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本专利技术要求保护的范围之内。如图1所示，一种减小标准具效应的激光器系统，包括一沿光轴z方向放置的激光器(Laser)1，还包括与所述激光器间隙设置的直流偏置电路2和调制信号发生器3。所述激光器1内设有一谐振腔，所述谐振腔将泵浦用的载流子转化为光子，并且受激辐射，形成稳定的激光输出。所述激光器1与所述直流偏置电路2和所述调制信号发生器3电性连接，具体地，所述直流偏置电路2的输出端与所述激光器的电极连接，所述调制信号发生器3的输出端与所述激光器的电极连接。所述直流偏置电路2和所述调制信号发生器3相当于是载流子的提供源头，即能量的源头，载流子通过谐振腔转化为光子，光子受激辐射产生激光。所述直流偏置电路2用于驱动所述激光器1，为所述激光器1提供泵浦用的载流子，所述直流偏置电路2和激光器的电学参数匹配，所述直流偏置电路2可为线性电源或稳定的开关电源，在本实施例中，所述直流偏置电路2优选为线性电源。所述调制信号发生器3将调制信号和激光器自身的寄生参数匹配，以改变激光器谐振腔内光子的分布状态，在本实施例中，所述寄生参数为寄生电容或寄生电阻。如图2所示，所述直流偏置电路2为一低通直流回路，所述低通直流回路包括DC电源，所述DC电源的正极与激光器的阴极连接，所述DC电源的负极通过电感与激光器的阳极连接。在本技术方案中，所述直流偏置电路2为一电流恒定的恒流源，在低通直流回路中，等效电感主要由电感组成的低通滤波，对高频成分起到阻隔作用。如图2所示，所述调制信号发生器3为一高通交流回路，所述高通交流回路包括AC电源，所述AC电源的正极通过电容与激光器的阴极连接，所述AC电源的负极与激光器的阳极连接，所述高通直流回路主要由电容及AC信号源内阻抗，PCB走线构成，形成高频通路，阻隔直流部分。在本技术方案中，所述调制信号发生器3可根据需要产生射频范围内的频率，信号经过电容，走线耦合到激光器里，这里的耦合是指交流耦合，直接调制，射频调制的频率范围从300KHz～300GHz之间，所述射频调制输出的波形近似正弦波形。如图1所示，所述激光器系统还包括一与所述激光器1间隙设置的用于引导激光光束和/或对激光光束整形的光学元件4(DOE)。所述光学元件4为一种衍射光学元件，所述衍射光学元件4的材料可为熔融石英、光学玻璃或光学树脂材料，在本实施例中，所述衍本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种减小激光器系统标准具效应的方法，包括以下步骤：S1：将直流偏置电路(2)和调制信号发生器(3)分别与激光器(1)的电极连接，所述直流偏置电路(2)用于驱动激光器(1)，为激光器(1)提供泵浦用的载流子，所述激光器(1)内设有一谐振腔，所述谐振腔将泵浦用的载流子转化为光子，并且受激辐射，形成稳定的激光输出，所述直流偏置电路(2)和所述调制信号(3)注入激光器(1)，所述调制信号发生器(2)输出调制信号，所述调制信号和激光器自身的寄生参数匹配，以改变激光器谐振腔内光子的分布状态；激光器波长和带宽的关系为：其中，α为展宽因子，与激光器的设计有关，α为一常数；P为光功率，为绝热啁啾，dp/dt为瞬态啁啾；激光器载流子和光子的关系方程为：S2：通过激光器谐振腔匹配的载流子的注入，影响激光器已经平衡的光子的分布的状态，让经过该状态后的光子再和激光器窗口或光学元件反射的激光相遇形成标准具效应，提高激光器输出激光的稳定性。

【技术特征摘要】
1.一种减小激光器系统标准具效应的方法，包括以下步骤：S1：将直流偏置电路(2)和调制信号发生器(3)分别与激光器(1)的电极连接，所述直流偏置电路(2)用于驱动激光器(1)，为激光器(1)提供泵浦用的载流子，所述激光器(1)内设有一谐振腔，所述谐振腔将泵浦用的载流子转化为光子，并且受激辐射，形成稳定的激光输出，所述直流偏置电路(2)和所述调制信号(3)注入激光器(1)，所述调制信号发生器(2)输出调制信号，所述调制信号和激光器自身的寄生参数匹配，以改变激光器谐振腔内光子的分布状态；激光器波长和带宽的关系为：其中，α为展宽因子，与激光器的设计有关，α为一常数；P为光功率，为绝热啁啾，dp/dt为瞬态啁啾；激光器载流子和光子的关系方程为：S2：通过激光器谐振腔匹配的载流子的注入，影响激光器已经平衡的光子的分布的状态，让经过该状态后的光子再和激光器窗口或光学元件反射的激光相遇形成标准具效应，提高激光器输出激光的稳定性。2.根据权利要求1所述的一种减小激光器系统标准具效应的方法，其特征在于：所述寄生参数为寄生电容或寄生电阻，所述直流偏置电路(2)和所述调制信号发生器...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘华，顾乃友，
申请(专利权)人：无锡迈微光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32