基于级联光纤光栅的半导体激光器稳频系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于级联光纤光栅的半导体激光器稳频系统，包括半导体激光器、隔离器、耦合器、环形器、级联光纤光栅、透射光接收PIN、反射光接收PIN和稳频电路。采用该基于级联光纤光栅的半导体激光器稳频系统，由G.652光纤制作的级联FBG，具有制造技术成熟简单，制造价格低廉，适合大规模生产，易于同光纤系统耦合以及尺寸较小，便于结构封装等优势；采用全光纤形式的光路，避免了自由空间光路安装结构复杂以及调校上的困难，同时降低了生产上的经济和时间成本；采用同时探测透射光强与反射光强并相除形成比例再锁定至参考值的方式，提升了鉴频信号的信噪比和灵敏的，消除了传统稳频方案中的噪声，具有广泛的引用范围。

Frequency stabilization system of semiconductor laser based on cascaded fiber Bragg grating

The utility model relates to a semiconductor laser frequency stabilization system based on cascaded fiber gratings, including semiconductor lasers, isolators, couplers, circulators, cascaded fiber Bragg gratings, transmitting light receiving PIN, reflecting light receiving PIN and stabilizing frequency circuits. The semiconductor laser frequency stabilization system based on cascaded fiber gratings and fiber produced by G.652 cascade FBG, has simple manufacturing technology mature, low cost, suitable for mass production, with easy optical fiber coupling and small size, convenient packaging structure and other advantages; the optical fiber form, to avoid the free space optical Road complex installation and adjustment of the difficulty and reduce the economic costs and time production; by simultaneously detect the intensity of transmission and reflection intensity and phase formation ratio is locked to the reference value of style, enhance the frequency of signal to noise ratio and sensitivity, eliminate the noise of traditional frequency stabilization scheme with a wide range of reference.

【技术实现步骤摘要】
基于级联光纤光栅的半导体激光器稳频系统
本技术涉及光纤通信
，尤其涉及半导体激光器稳频
，具体是指一种基于级联光纤光栅的半导体激光器稳频系统。
技术介绍
1550nm波段半导体DFB(DistributedFeedBack，分布反馈)激光器由于相对成熟的制造工艺，低廉的价格以及良好的性能，在光纤通信和光纤传感等领域具有广阔的应用范围。其中，激光器本身的单色性和相干性直接影响接收信号的性能和抗干扰能力，这就要求激光器不仅能实现尽可能的单频输出，并且能够实现输出频率的稳定，从而引入了激光器稳频技术这一课题。目前常用的半导体激光器稳频方法是基于光学法珀(FP)标准具，通过一系列隔振和控温及封装工艺后，成为一个稳定的参考频率标准。然而，能够作为频率参考的FP标准具，不仅本身制造工艺复杂成本较高，而且属于自由空间光学元件，分离光学元件较多，光路调校较为困难，因而通常仅在精密性和指标要求较高的科研领域中应用，难以适应工业化大规模生产的要求。近年来，国外提出了一种使用相移FBG(FiberBraggGrating，光纤光栅)作为窄带频率参考源的方案，该方案利用较为成熟的FBG制作和封装工艺，以及与光纤通信系统易于耦合的优势，成功推出了基于偏频差分锁定稳频方案的商业化1550nm波段半导体激光器产品。然而，相移FBG的制作需要使用特殊的相位掩膜板，价格相比制作常规FBG的掩膜板更为昂贵且难以制作。相比前述方案，本方案使用级联FBG作为参考频率元件，不仅同样继承了光纤化器件在光纤系统中的应用优势；而且相比相移FBG，制作工艺简单成本较低。此外，本方案中改变传统的探测光和参考光差分获取误差信号的方式，而是使用透射光强与反射光强比例值与预设参考值之间的波动作为误差信号，不仅可以提高稳频的信噪比，同时对于激光器自身幅度变化的抗干扰能力较强。通过延迟自外差方法，可以测试半导体激光器稳频前后的线宽，从而验证方案的稳频能力。
技术实现思路
本技术的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现增强半导体激光器的频率稳定性，简化制造工艺并降低成本的基于级联光纤光栅的半导体激光器稳频系统。为了实现上述目的，本技术具有如下构成：该基于级联光纤光栅的半导体激光器稳频系统，包括半导体激光器、隔离器、耦合器、环形器、级联光纤光栅、透射光接收PIN、反射光接收PIN、透射信号运算放大器、反射信号运算放大器和稳频电路，所述的半导体激光器的输出端与所述的隔离器的输入端相连接，所述的隔离器的输出端与所述的耦合器的输入端相连接，所述的耦合器的探测光输出端与所述的环形器的第一端相连接，所述的环形器的第二端与所述的级联光纤光栅的输入端相连接，所述的环形器的第三端与所述的反射光接收PIN的输入端相连接，所述的级联光纤光栅的输出端与所述的透射光接收PIN的输入端相连接，所述的透射光接收PIN的输出端与所述的透射信号运算放大器的输入端相连接，所述的反射光接收PIN的输出端与所述的反射信号运算放大器的输入端相连接，所述的透射信号运算放大器的输出端和所述的反射信号运算放大器的输出端均与所述的稳频电路的输入端相连接，所述的稳频电路的输出端与所述的半导体激光器的输入端相连接。较佳地，所述的半导体激光器为半导体DFB激光器并具有光纤耦合输出。较佳地，所述的隔离器为光纤隔离器，所述的光纤隔离器的输入和输出均为光纤耦合，且具有钢管封装或玻璃封装的双端口。较佳地，所述的耦合器为光纤耦合器，所述的光纤耦合器的输入和输出均为光纤耦合，且具有钢管封装或玻璃封装的三端口。较佳地，所述的环形器为光纤环形器，所述的光纤环形器的输入和输出均为光纤耦合，且具有钢管封装或玻璃封装的三端口。较佳地，所述的级联光纤光栅包括间隔一预设距离并先后设置于单模光纤上的多个相同的光纤光栅。较佳地，所述的透射光接收PIN和所述的反射光接收PIN中的一个为探测透射光强的光电探测器，另一个为探测反射光强的光电探测器。较佳地，所述的级联光纤光栅通过预拉紧的方式，点胶固定于U型槽中，所述的U型槽、透射光接收PIN、反射光接收PIN和热敏电阻封装后通过点胶方式固设于温度控制芯片，所述的热敏电阻、所述的温度控制芯片、所述的透射光接收PIN和所述的反射光接收PIN通过飞线和针脚连接，并在充满惰性气体后密封，光纤和针脚与壳体的连接处通过点胶进行密封和固定。较佳地，所述的稳频电路包括比较器和负反馈放大器，所述的比较器的比例电平输入端分别与所述的透射光接收PIN的输出端和所述的反射光接收PIN的输出端相连接，所述的比较器的输出端与所述的负反馈放大器的输入端相连接，所述的反馈放大器的输出端与所述的半导体激光器的输入端相连接。采用了该技术中的基于级联光纤光栅的半导体激光器稳频系统，具有以下有益效果：1、采用由G.652光纤制作的级联FBG，具有制造技术成熟简单，制造价格低廉，适合大规模生产，易于同光纤系统耦合以及尺寸较小，便于结构封装等优势。2、采用全光纤形式的光路，避免了自由空间光路安装结构复杂以及调校上的困难，同时降低了生产上的经济和时间成本。3、采用同时探测透射光强与反射光强并相除形成比例再锁定至参考值的方式，提升了鉴频信号的信噪比和灵敏的，消除了传统稳频方案使用探测光与参考光差分偏频锁定方式中，由于激光器本身功率波动和偏频位置不精确导致的噪声。附图说明图1为本技术的级联光纤光栅的示意图。图2为本技术的级联光纤光栅的透射率曲线和反射率曲线的示意图。图3为本技术的基于级联光纤光栅的半导体激光器稳频系统的光纤光栅和光电探测器的封装结构的示意图。图4为本技术的基于级联光纤光栅的半导体激光器稳频系统的稳频原理示意图。图5为本技术的基于级联光纤光栅的半导体激光器稳频系统的稳频前后激光器线宽测试曲线效果的比对示意图。附图标记说明：1—透射光接收PIN2—反射光接收PIN3—热敏电阻4—U型槽5—级联FBG6—温度控制芯片7—尾纤8—壳体9—外部引脚10—半导体激光器11—光纤隔离器12—光纤耦合器13—光纤环形器14—封装的级联FBG模块15—透射信号运算放大器16—反射信号运算放大器17—模拟除法器18—预设的参考电平19—比例积分电路20—负反馈放大器具体实施方式为了能够更清楚地描述本技术的
技术实现思路
，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。在一种具体的实施方式中，该基于级联光纤光栅的半导体激光器稳频系统，包括半导体激光器、隔离器、耦合器、环形器、级联光纤光栅、透射光接收PIN、反射光接收PIN、透射信号运算放大器15、反射信号运算放大器16和稳频电路，所述的半导体激光器的输出端与所述的隔离器的输入端相连接，所述的隔离器的输出端与所述的耦合器的输入端相连接，所述的耦合器的探测光输出端与所述的环形器的第一端相连接，所述的环形器的第二端与所述的级联光纤光栅的输入端相连接，所述的环形器的第三端与所述的反射光接收PIN的输入端相连接，所述的级联光纤光栅的输出端与所述的透射光接收PIN的输入端相连接，所述的透射光接收PIN的输出端与所述的透射信号运算放大器15的输入端相连接，所述的反射光接收PIN的输出端与所述的反射信号运算放大器16的输入端相连接，所述的透射信号运算放大器15的输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于级联光纤光栅的半导体激光器稳频系统，其特征在于，所述的稳频系统包括半导体激光器、隔离器、耦合器、环形器、级联光纤光栅、透射光接收PIN、反射光接收PIN、透射信号运算放大器、反射信号运算放大器和稳频电路，所述的半导体激光器的输出端与所述的隔离器的输入端相连接，所述的隔离器的输出端与所述的耦合器的输入端相连接，所述的耦合器的探测光输出端与所述的环形器的第一端相连接，所述的环形器的第二端与所述的级联光纤光栅的输入端相连接，所述的环形器的第三端与所述的反射光接收PIN的输入端相连接，所述的级联光纤光栅的输出端与所述的透射光接收PIN的输入端相连接，所述的透射光接收PIN的输出端与所述的透射信号运算放大器的输入端相连接，所述的反射光接收PIN的输出端与所述的反射信号运算放大器的输入端相连接，所述的透射信号运算放大器的输出端和所述的反射信号运算放大器的输出端均与所述的稳频电路的输入端相连接，所述的稳频电路的输出端与所述的半导体激光器的输入端相连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于级联光纤光栅的半导体激光器稳频系统，其特征在于，所述的稳频系统包括半导体激光器、隔离器、耦合器、环形器、级联光纤光栅、透射光接收PIN、反射光接收PIN、透射信号运算放大器、反射信号运算放大器和稳频电路，所述的半导体激光器的输出端与所述的隔离器的输入端相连接，所述的隔离器的输出端与所述的耦合器的输入端相连接，所述的耦合器的探测光输出端与所述的环形器的第一端相连接，所述的环形器的第二端与所述的级联光纤光栅的输入端相连接，所述的环形器的第三端与所述的反射光接收PIN的输入端相连接，所述的级联光纤光栅的输出端与所述的透射光接收PIN的输入端相连接，所述的透射光接收PIN的输出端与所述的透射信号运算放大器的输入端相连接，所述的反射光接收PIN的输出端与所述的反射信号运算放大器的输入端相连接，所述的透射信号运算放大器的输出端和所述的反射信号运算放大器的输出端均与所述的稳频电路的输入端相连接，所述的稳频电路的输出端与所述的半导体激光器的输入端相连接。2.根据权利要求1所述的基于级联光纤光栅的半导体激光器稳频系统，其特征在于，所述的半导体激光器为半导体DFB激光器并具有光纤耦合输出。3.根据权利要求1所述的基于级联光纤光栅的半导体激光器稳频系统，其特征在于，所述的隔离器为光纤隔离器，所述的光纤隔离器的输入和输出均为光纤耦合，且具有钢管封装或玻璃封装的双端口。4.根据权利要求1所述的基于级联光纤光栅的半导体激光器稳频系统，其特征在于，所述的耦合器为光纤耦合器，所述的光纤耦合器的输入和输出均为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旻蔚，
申请(专利权)人：上海拜安实业有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31