本发明专利技术公开了一种基于乙炔气体吸收的半导体激光器的稳频方法，主要包括：通过温度和驱动电流可控的半导体激光器发出激光，通过电光调制器对激光器输出的激光频率进行调制，利用乙炔气体吸收室作为外部稳定的参考频率，当外界影响使激光频率偏离此特定的标准频率时，能将偏离的频率鉴别出来，利用光电探测器和滞回比较器将被调制吸收后的光信号转换为电脉冲信号，通过FPGA对脉冲时间间隔进行计算、利用模数转换器对电流控制模块进行反馈控制，从而实现激光器的频率稳定；本发明专利技术中的半导体激光器体积小、重量轻，利用FPGA的数字检测方法，具有检测精准、反馈控制速度快、稳定度高等优势，可以使半导体激光器的输出频率稳定在更精准的范围内。准的范围内。准的范围内。
【技术实现步骤摘要】
基于乙炔气体吸收的半导体激光器的稳频装置及方法
[0001]本专利技术涉及光电技术，尤其涉及一种基于乙炔气体吸收的半导体激光器的稳频系统。
技术介绍
[0002]现今70％的通信量是通过光纤进行传输的,大量的科技成果表明:未来的超高速超大容量数据传输和数据通信技术,光纤通信无疑是最有效的手段之一。目前密集波分复用(DWDM)技术已经成为光纤通信系统扩容的主流技术,且其通信容量不断扩大。1.5μm波段高精度稳频激光器成为当前光通信
中的关键技术之一。
[0003]现今市场上的半导体激光器(LD)，其输出激光波长(或频率)的稳定度和复现性并不理想，它们会随着半导体激光器工作温度和注入电流的变化而变化，而许多重要的应用都要求半导体激光器的输出波长稳定，要获得较高的频率稳定度，需要采用激光稳频技术，提出一种基于FPGA和气体吸收的半导体激光器稳频装置的设计。
技术实现思路
[0004]针对上述现有技术，本专利技术提供一种利用FPGA实现的基于乙炔气体吸收的半导体激光器的稳频装置及方法，装置中的核心激光器为半导体激光器，其体积小、重量轻，可以大规模使用，同时利用FPGA的数字检测方法，具有检测精准、反馈控制速度快、稳定度高等优势，可以使半导体激光器的输出频率稳定在更精准的范围内。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种基于乙炔气体吸收的半导体激光器的稳频装置，包括激光器驱动单元、输出激光调制单元、检测转换单元和反馈控制单元；所述激光器驱动单元包括温度控制模块、电流控制模块、半导体激光器和光隔离器；所述输出激光调制单元包括光耦合器、信号发生器、电光调制器和乙炔气体吸收室；所述检测转换单元包括光电探测器和滞回比较器；所述反馈控制单元包括FPGA和数模转换器；所述温度控制模块和所述电流控制模块分别与所述半导体激光器的控制接口相连，所述半导体激光器的光输出口与所述光隔离器的入口相连，所述光隔离器的出口与所述光耦合器的入口相连，所述光耦合器的1个输出口作为激光稳频后的正常输出，所述光耦合器的另一个输出口与所述电光调制器的入口相连，所述信号发生器产生的调制信号与所述电光调制器的微波调制接口相连，所述电光调制器的输出口与所述乙炔气体吸收室的入口相连，所述乙炔气体吸收室的出口与所述光电探测器的入口相连，所述光电探测器的出口与滞回比较器的入口相连，滞回比较器的输出连接至所述FPGA，所述FPGA输出的数字信号与所述数模转换器的入口相连，所述数模转换器的输出口与所述激光器驱动单元的电流控制模块相连，从而实现闭环反馈控制来稳定所述半导体激光器输出光频率。
[0006]同时，本专利技术中还提出了利用上述半导体激光器稳频装置，实现稳频的方法，包括：
[0007]步骤一：通过所述温度控制模块控制所述半导体激光器的温度，所述电流控制模
块控制所述半导体激光器的驱动电流，所述半导体激光器产生一个波长为λ，频率为f的相对稳定的激光光束，该激光光束再经过所述光隔离器后向输出激光调制单元传输，以避免反射光对所述半导体激光器输出的影响；
[0008]步骤二：所述光耦合器将所述半导体激光器输出的激光分为两路，一路作为激光稳频后的正常输出，另一路作为参考光进入到所述的电光调制器用来对所述半导体激光器输出的激光进行调制，所述信号发生器用来使所述电光调制器产生所需要的调制信号，所述乙炔气体吸收室的中心频率作为稳定的外部参考标准频率，当外界影响使激光频率偏离该参考标准频率时，所述乙炔气体吸收室将偏离的频率鉴别出来；
[0009]步骤三：所述光电探测器将接收到的光信号转换为电信号，所述滞回比较器将该电信号处理为符合所述FPGA引脚电平规范的数字脉冲信号；
[0010]步骤四：所述FPGA对得到的数字脉冲信号进行时间间隔的计算，得到数字反馈信号，数模转换器将从FPGA得到的数字反馈信号转换为模拟信号，从而控制所述半导体激光器的驱动电流来改变该半导体激光器输出光频率，使其稳定在外部参考标准频率，即乙炔气体吸收室的中心频率处。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0012]本专利技术采用器件均为光电领域的常见器件，核心激光器为半导体激光器，体积小、重量轻，而利用FPGA的数字检测方法，具有检测精准、反馈控制速度快、稳定度高等优势，可以使半导体激光器的输出频率稳定在更精准的范围内。
[0013]本专利技术稳频方法中，在于FPGA的检测，利用FPGA和高速数模转换器的结合，使反馈控制的速率得到进一步的提升，使半导体激光器的输出波长向更精确的方向进行稳定，稳定后输出光波长稳定精度在0.005pm以下，即输出光频率稳定精度达625kHz，频率稳定度优于1
×
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‑9。
附图说明
[0014]图1为本专利技术稳频方法的流程图；
[0015]图2为本专利技术稳频装置中相关器件的连接架构图；
[0016]图3为脉冲时间间隔与调制频率关系曲线1；
[0017]图4为脉冲时间间隔与调制频率关系曲线2。
具体实施方式
[0018]下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的说明，但下述实施例绝非对本专利技术有任何限制。
[0019]如图2所示，本专利技术稳频装置的设计思路是，如果半导体激光器103的温度和驱动电流的不稳定会导致输出激光波长的变化，例如：假设半导体激光器103输出的光波长为1530.4nm，此时光的频率为196.027182436THz，当温度控制模块101产生精度为
±
0.01℃的波动时，会对激光频率产生
±
125MHz的波动，电流控制模块102产生精度达到
±
0.01mA的波动时，会对激光频率产生
±
25MHz的波动。本专利技术稳频方法中，利用FPGA401可以进行高速信号处理的优点，时钟频率为100MHz，每10ns可以对脉冲进行一次检测，足以检测出由于半导体激光器103工作温度和注入电流的变化而产生的激光波长的变化。利用FPGA401和高速数
模转换器402的结合，使反馈控制的速率得到进一步的提升，使半导体激光器103的输出波长向更精确的方向进行稳定，稳定后输出光波长稳定精度在0.005pm以下，即输出光频率稳定精度达625kHz，频率稳定度优于1
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[0020]本专利技术提出的一种基于乙炔气体吸收的半导体激光器的稳频装置的具体结构，如图2所示，该装置包括激光器驱动单元100、输出激光调制单元200、检测转换单元300和反馈控制单元400。所述激光器驱动单元100包括温度控制模块101、电流控制模块102、半导体激光器103和光隔离器104。所述输出激光调制单元200包括光耦合器201、信号发生器202、电光调制器(MZM)203和乙炔气体吸收室204。所述检测转换单元300包括光电探测器(PD)301和滞回比较器302。所述反馈控制单元包括FPGA 401和数模转换器(DAC)402。上述各器件之间的连接本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于乙炔气体吸收的半导体激光器的稳频装置，包括激光器驱动单元、输出激光调制单元、检测转换单元和反馈控制单元；其特征在于，所述激光器驱动单元包括温度控制模块、电流控制模块、半导体激光器和光隔离器；所述输出激光调制单元包括光耦合器、信号发生器、电光调制器和乙炔气体吸收室；所述检测转换单元包括光电探测器和滞回比较器；所述反馈控制单元包括FPGA和数模转换器；所述温度控制模块和所述电流控制模块分别与所述半导体激光器的控制接口相连，所述半导体激光器的光输出口与所述光隔离器的入口相连，所述光隔离器的出口与所述光耦合器的入口相连，所述光耦合器的1个输出口作为激光稳频后的正常输出，所述光耦合器的另一个输出口与所述电光调制器的入口相连，所述信号发生器产生的调制信号与所述电光调制器的微波调制接口相连，所述电光调制器的输出口与所述乙炔气体吸收室的入口相连，所述乙炔气体吸收室的出口与所述光电探测器的入口相连，所述光电探测器的出口与滞回比较器的入口相连，滞回比较器的输出连接至所述FPGA，所述FPGA输出的数字信号与所述数模转换器的入口相连，所述数模转换器的输出口与所述激光器驱动单元的电流控制模块相连，从而实现闭环反馈控制来稳定所述半导体激光器输出光频率。2.根据权利要求1所述的稳频装置，其特征在于，所述半导体激光器输出激光的目标稳定频率与所述乙炔气体吸收室的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王菊，蔡滋恒，于晋龙，马闯，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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