【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体激光器，具体涉及一种基于fp(法布里-玻罗)腔的可调谐自注入锁定窄线宽半导体激光器，该激光器可以应用于相干光通信、光纤传感、精密光谱测量和激光雷达等领域。
技术介绍
1、可调谐自注入锁定窄线宽半导体激光器具有成本低、线宽窄、结构简单、频率可调谐和调谐范围大等优点，在激光传感、探测与测量、相干光通信和微波光子学等系统中有广阔的应用前景和巨大的应用价值。
2、目前半导体激光器线宽的压缩技术主要分为外部光注入法和自注入法(也称光反馈法，包括内腔法和外腔法)。外部光注入法是选择特定波长的窄线宽激光注入激光器，使得某一个纵模优先起振，抑制旁纵模的振荡，获得窄线宽单模输出。自注入法是注入半导体激光器自身产生的激光，其中内腔法是在激光器腔内设置光栅实现光反馈，如分布反馈激光器(dfb)和分布布拉格反射激光器(dbr)，采用这种方法激光线宽可压窄到百khz量级，若要再进一步压窄线宽，制备工艺方面会存在较大的挑战。外腔法则是在激光器腔外添加光学器件，如fp腔、光栅、光纤谐振环等，通过自注入锁定效应，实现线宽压窄。
3、其中，基于fp腔的自注入锁定激光器结构简单、成本低，激光线宽可压窄至100hz以内。然而，fp腔易受外部环境影响，进而影响输出频率的稳定性；同时自注入锁定需要半导体激光器谐振腔的共振频率和fp外腔的共振频率相近，且注入光与半导体激光器谐振腔振荡的激光要同相位振荡。要实现激光器系统的稳定运行以及自注入锁定，需要同时精确控制半导体激光器谐振腔的共振频率、fp外腔的共振频率和反馈光的相位，三者若
4、基于上述问题，本专利技术提出一种同时控制半导体激光器谐振腔共振频率、fp外腔共振频率和反馈光相位的调谐方式，可实现对自注入锁定半导体激光器的宽带调谐。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，针对
技术介绍
存在的难题，提出了一种基于fp腔的可调谐自注入锁定窄线宽半导体激光器，实现了激光系统输出激光的线宽压窄以及宽带调谐。本专利技术激光器利用v型共焦fp外腔的部分输出光进行反馈注入，通过同时调节分布反馈半导体激光器的驱动电流、fp外腔和电光晶体的控制电压，实现同时对分布反馈半导体激光器谐振腔的共振频率、fp外腔共振频率和反馈光相位的控制，最终实现激光自注入锁定压缩线宽以及对激光系统的调谐。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种基于fp腔的可调谐自注入锁定窄线宽半导体激光器，包括分布反馈半导体激光器1、第一温度控制器2、电流驱动器3、第一非球面镜4、第一偏振分光镜5、二分之一波片6、第二偏振分光镜7、电光晶体8、第二非球面镜9、fp腔10、第二温度控制器11、光放大器12、光纤耦合镜13、光纤激光器14、光纤耦合器15、光电平衡探测器16、频谱仪17、信号发生器18、第一电压放大器19、第二电压放大器20和第三电压放大器21；
4、所述fp腔10为共焦腔，以15°倾斜角度放置；所述电光晶体8和fp腔10的材料均为钽酸锂(talio3)；
5、所述第一温度控制器2的输出端与分布反馈半导体激光器1的温度控制输入端相连，电流驱动器3的输出端与分布反馈半导体激光器1的电流输入端相连，分别控制分布反馈半导体激光器1的温度和工作电流；所述分布反馈半导体激光器1输出的激光经第一非球面镜4准直，准直后的平行光束依次通过第一偏振分光镜5、二分之一波片6和第二偏振分光镜7，实现对整个光路偏振方向和光功率大小的控制；第二偏振分光镜7输出的激光再通过电光晶体8并由第二非球面镜9汇聚，汇聚后的激光入射至fp腔10，实现入射激光的光场分布与fp腔内的共振光场分布匹配；第二温度控制器11对fp腔10进行温度控制，保证fp腔10的稳定工作；fp腔10内谐振的光，一部分原路返回注入分布反馈半导体激光器1，一部分沿入射方向出射并由光放大器12放大后输出，另一部分沿fp腔的出射方向出射后耦合进光纤耦合镜13，耦合进光纤耦合镜13中的激光与光纤激光器14输出的参考激光通过光纤耦合器15耦合后，输入至光电平衡探测器16混频，然后通过频谱仪17得到拍频信号；
6、根据频谱仪17的拍频信号，设置第一电压放大器19、第二电压放大器20和第三电压放大器21的放大倍数；信号发生器18输出直流分量信号，经第一电压放大器19、第二电压放大器20和第三电压放大器21放大后，分别注入电流驱动器3、电光晶体8和fp腔10；第一电压放大器19对电流驱动器3施加电压控制信号，通过改变分布反馈半导体激光器1的工作电流，实现对半导体激光器谐振腔共振频率的调控；第二电压放大器20对电光晶体8施加电压控制信号，通过电光效应控制电光晶体8的折射率，实现对反馈光相位的调控；第三电压放大器21对fp腔10施加电压控制信号，通过电光效应改变fp腔的折射率，实现对fp腔10共振频率的调控。
7、进一步的，通过调整分布反馈半导体激光器谐振腔的共振频率、fp外腔的共振频率和反馈光相位，实现半导体激光器的自注入锁定；通过在信号发生器18输出的直流分量信号上叠加锯齿波信号可以实现激光器输出激光频率的调整，进而实现对激光器的宽带调谐。
8、其中，光反馈下半导体激光器非线性动态特性的lang-kobayashi速率方程为：
9、
10、其中，e(t)为随时间变化的电场强度；ω为激光器输出的激光频率；φ(t)为随时间变化的相位；ωn为分布反馈半导体激光器1谐振腔的共振频率；g为激光器谐振腔净增益系数；г为激光器谐振腔总损耗系数；α为线宽展宽因子，是折射率实部与虚部变化量的比值；τm为fp腔每次反射时在激光器和fp腔之间的往返延迟时间(τm＝τd+(2m+1)τp，τd为光在激光器与fp腔之间往返一次的时间，τp为光在共焦fp腔10内往返一次的时间)；i为虚数单位，m光在共焦fp腔10内往返的次数，t为时间；km为光反馈耦合率，其表达为
11、
12、其中，ηld为半导体激光器谐振腔的光程；c为真空光速；β为激光器功率模耦合因子；r0为半导体激光器的镜面反射系数，r为fp腔的腔镜反射系数。
13、通过求解速率方程(1)的稳态解，可以得到分布反馈半导体激光器1谐振腔共振频率ωn与系统输出激光频率ω之间的关系：
14、
15、其中，fcfp＝πr/(1-r2)表示fp腔10的精细度；表示分布反馈半导体激光器1谐振腔的精细度；θ＝arctan(α)。
16、结合公式(3)和附图2的仿真结果，表明分布反馈半导体激光器1谐振腔的共振频率与fp腔10的共振频率相近时，反馈光将把分布反馈半导体激光器1输出的一定频率范围的激光频率锁定在fp腔10的共振频率上，由此，激光器频率主要由fp腔的共振频率决定。要保证激光器的稳定运行，实现自注入锁定压缩线宽和宽带调谐，一方面需要满足相位条件，即分布反馈半导体激光本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于FP腔的可调谐自注入锁定窄线宽半导体激光器，其特征在于，包括分布反馈半导体激光器(1)、第一温度控制器(2)、电流驱动器(3)、第一非球面镜(4)、第一偏振分光镜(5)、二分之一波片(6)、第二偏振分光镜(7)、电光晶体(8)、第二非球面镜(9)、FP腔(10)、第二温度控制器(11)、光放大器(12)、光纤耦合镜(13)、光纤激光器(14)、光纤耦合器(15)、光电平衡探测器(16)、频谱仪(17)、信号发生器(18)、第一电压放大器(19)、第二电压放大器(20)和第三电压放大器(21)；
2.根据权利要求1所述的基于FP腔的可调谐自注入锁定窄线宽半导体激光器，其特征在于，通过调整分布反馈半导体激光器谐振腔的共振频率、FP外腔的共振频率和反馈光相位，实现半导体激光器的自注入锁定；通过在信号发生器输出的直流分量信号上叠加锯齿波信号实现对激光器的宽带调谐。
【技术特征摘要】
1.一种基于fp腔的可调谐自注入锁定窄线宽半导体激光器，其特征在于，包括分布反馈半导体激光器(1)、第一温度控制器(2)、电流驱动器(3)、第一非球面镜(4)、第一偏振分光镜(5)、二分之一波片(6)、第二偏振分光镜(7)、电光晶体(8)、第二非球面镜(9)、fp腔(10)、第二温度控制器(11)、光放大器(12)、光纤耦合镜(13)、光纤激光器(14)、光纤耦合器(15)、光电平衡探测器(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：王云祥，王玉华，史双瑾，范志强，苏君，邱琪，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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