本发明专利技术涉及一种半导体激光器宽带锁频方法及其锁频装置，包括从激光器、从激光器温度控制模块、从激光器注入电流控制模块、从光隔离模块、从偏振控制模块、主激光器、主激光器温度控制模块、主激光器注入电流控制模块、主光隔离模块、主偏振控制模块、光差频产生模块、光电转换模块、差频测量模块和处理模块。本发明专利技术能够有效减小由于电源噪声引起的主、从激光器差频频率抖动，具有更灵活的频率调整方式、调节频率范围也更大，降低调节的难度，成本更低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光通信和光传感
的装置，具体是一种半导体激光器宽带锁频方法及其锁频装置。
技术介绍
激光锁频技术在光纤通信、光纤传感领域中已经有了广泛的应用。在这些领域的某些应用中对激光器输出光频率的稳定性要求比较高，而自由运行的激光器由于对注入电流和温度的稳定性要求较高，很难达到这样的稳定性。一般采用光锁相环(OPLL)技术对激光器的频率进行锁定。经对现有文献检索发现，光锁相环技术需要激光器的线宽小于1MHz，并且整 个环路延时要足够小(小于IOns)才能稳定地工作(A. C. Bordonalli, C. Walton, andA. J.Seeds, “High-performance phase locking of wide Iinewidth lasersbycombineduse of optical injection locking and optical phase-lock loop，，，J.Lightwave Technol. 17，328-342 (1999) ·)。另外，光锁相环的目的在于锁相，对于只需要宽带锁定频率不需要锁定相位的应用中，比如基于布里渊散射的光纤传感系统需要锁定两个激光器频率差在IlGHz左右，光锁相环的锁频范围较小(一般在3GHz以下)的劣势就难以满足要求，并且光锁相环技术需要引入外部参考信号，也提高了整个系统的复杂度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的缺陷，提供一种半导体激光器宽带锁频装置，其特征是包含从激光器、从激光器温度控制模块、从激光器注入电流控制模块、从光隔离模块、从偏振控制模块、主激光器、主激光器温度控制模块、主激光器注入电流控制模块、主光隔离模块、主偏振控制模块、光差频产生模块、光电转换模块、差频测量模块和处理模块；上述元部件的连接关系如下所述的从激光器输出第一路光信号，并依次经从光隔离模块和从偏振控制模块进入光差频产生模块的第一输入端；所述的主激光器输出第二路光电信号，并依次经主光隔离模块和主偏振控制模块进入光差频产生模块的第二输入端；两路电信号经光差频产生模块耦合后输出差频信号，并经光电转换模块进入差频测量模块，处理模块控制差频测量模块进行差频检测，处理模块将检测结果进行处理，并分别反馈调整从激光器温度控制模块和从激光器注入电流控制模块。本专利技术能用于两台半导体分布反馈(DFB)激光器的高稳定宽带锁频，高稳定光频锁定范围可覆盖50MHz至11GHz。主、从激光器的温度控制驱动电路和注入电流控制电路被设计在同一块印制电路板(PCB )，它们的电源被共享电源。在此基础上，根据主、从激光器输出差频的不同大小，首先利用比例-积分-微分(PID)算法控制温度驱动电路，粗调从激光器的输出频率；利用PID算法控制电流驱动电路，微调从激光器的输出频率。经过粗调与微调后，使得主、从激光器的输出差频准确、稳定地锁定在设定的频率点上。主、从激光器的温度控制电路和注入电流控制电路设计在同一块PCB上并使得共享电源能够有效减小由于电源噪声造成的激光器差频抖动。另外，温控PID算法和流控PID算法的组合可以实现宽带大、频率稳定的激光器差频锁定，而且简单、可靠、易操作。与此同时，对于主、从激光器的线宽要求较小，使得装置只需一般的DFB半导体激光器即可实现宽带锁频，从而降低了对激光器本身的要求。本专利技术还提供了一种半导体激光器宽带锁频方法，其特征是，该方法包括步骤如下步骤1:启动差频测量模块；步骤2，处理模块控制差频测量模块测得当前主激光器、从激光器的差频频率fp ； 步骤3，处理模块比较该差频频率fp与设置的预定频率fs之差若该差值的绝对值小于设置的死区频率范围IOOMHz 11GHz，则执行步骤4，否则执行步骤6 ；步骤4，处理模块通过实现电流PID控制算法产生一个电流控制信号；步骤5，处理模块通过电流控制信号控制从激光器注入电流控制模块，微调从激光器的输出频率后，返回步骤2，开始下一轮反馈控制；步骤6，处理模块通过温度PID控制算法产生一个温度控制信号；步骤7，处理模块通过温度控制信号控制从激光器温度控制模块，粗调从激光器的输出频率，返回步骤2，开始下一轮反馈控制。基于以上技术特点，本专利技术具有以下优点1、主激光器的温度控制模块、注入电流控制模块以及从激光器的温度控制模块、注入电流控制模块均设计和实现于同一 PCB板上并采用电源共享。与主、从激光器独立分离的方案相比较，能够有效减小由于电源噪声引起的主、从激光器差频频率抖动。2、通过温度PID控制和电流PID控制相组合的方式，调节从激光器的输出频率。与经典的光锁相环方案相比，有更灵活的频率调整方式、调节频率范围也更大，可从50MHz至11GHz，可显著提高主、从激光器的频率锁定范围，并降低装置调节的难度。3、处理模块使用数字化闭环技术实现用户可自行控制的PID控制算法，与经典的光锁相环方案相比简化了很多，只需要计算机或单片机控制电路即可以对差频进行处理并以更灵活的方式控制从激光器的输出频率。4、通过温度PID控制和电流PID控制相组合的方式，调节从激光器的输出频率对半导体激光器本身的线宽要求较低。因此，不需要采用线宽很窄的、昂贵的半导体激光器，成本更低。附图说明图1为本专利技术的一个实施例图。图2为半导体激光器宽带锁频装置的流程图。图3为设置频率为IlGHz时的DFB激光器锁频稳定性测量结果，其中，Ca)为差频稳定度，(b)为电流与温度电压调谐曲线。具体实施例方式下面结合附图给出本专利技术的一个具体实施例子。本实施例以本专利技术的技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。图1为基于本专利技术的一个实施实例的不意图。在图1的实施例中，主激光器6和从激光器3各自输出波长相近的光信号(频率差小于11GHz)，两路光分别依次通过主光隔离器9、主偏振控制器10，从光隔离器7和从偏振控制器8、调节每路光信号的偏振方向。两路输出光分别进入光差频产生模块11的两个输入端，两路光信号被耦合成一路差频信号后进入光电转换模块12。光电转换模块12根据差频光信号的功率频谱分布情况转换为具有相同频谱分布的电压或电流信号。转换后的电信号经过一个差频测量模块13，比如直接测量法或电信号分析仪，处理模块14控制差频测量模块13进行差频检测，并将检测结果进行处理，处理得到当前主激光器6和从激光器3的输出差频频率，计算当前差频频率与预定频率的差值。该差值作为待补偿频率误差，处理模块14使用温度PID控制算法以及电流PID控制算法反馈调整从激光器温度控制模块I和从激光器注入电流控制模块2，从而稳定主激光器6和从激光器3之间的差频，达到自动锁频目的。在具体实施中，为了满足锁频的稳定性更好、准确性更高的要求，主激光器温度控制电路4和主激光器注入电流控制电路5以及从激光器温度控制电路I和从激光器注入电流控制电路2要求有较好的稳定度，因此被设计在同一块PCB板上，使得经光差频产生模块11后的差频信号的抖动较小。图2为半导体激光器宽带锁频装置的流程图。在图2中，首先由步骤I开始，启动差频测量模块；然后执行步骤2，处理模块控制差频测量模块测得当前主、从激光器的差频频率fp，比如，通过计数法直接测量差频频率，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体激光器宽带锁频装置，其特征是，包含：从激光器（3）、从激光器温度控制模块（1）、从激光器注入电流控制模块（2）、从光隔离模块（7）、从偏振控制模块（8）、主激光器（6）、主激光器温度控制模块（4）、主激光器注入电流控制模块（5）、主光隔离模块（9）、主偏振控制模块（10）、光差频产生模块（11）、光电转换模块（12）、差频测量模块（13）和处理模块（14）；上述元部件的连接关系如下：所述的从激光器（3）输出第一路光信号，并依次经从光隔离模块（7）和从偏振控制模块（8）进入光差频产生模块（11）的第一输入端；所述的主激光器（6）输出第二路光电信号，并依次经主光隔离模块（9）和主偏振控制模块（10）进入光差频产生模块（11）的第二输入端；两路电信号经光差频产生模块（11）耦合后输出差频信号，并经光电转换模块（12）进入差频测量模块（13），处理模块（14）控制差频测量模块（13）进行差频检测，处理模块（14）将检测结果进行处理，并分别反馈调整从激光器温度控制模块（1）和从激光器注入电流控制模块（2）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邹卫文，李乐逊，姜文宁，卢加林，吴龟灵，陈建平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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