高精度频率线性调谐窄线宽激光器装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及激光频率调谐，特别是一种高精度频率线性调谐窄线宽激光器装置。
【背景技术】
[0002]快速线性调频的单模激光光源在高分辨率光谱仪、电子测量、激光雷达、光频域反射计(OFDR)、三维成像、相干光谱分析等领域有广泛的应用，其调频线性度、调频范围、线宽等是光源性能的重要指标。
[0003]将从激光器通过注入锁定的方法锁定到经过调制后的主激光器边带上，这样不仅可以将主激光器的窄线宽、高频率稳定性等完全复制到从激光器上，有效地提高输出功率，还可以通过控制加载到EOM上的射频信号频率的方法对从激光器的频率进行快速灵活地控制。
[0004]目前常用的方法是将从激光器与主激光器的一阶边带进行锁定，但这样可调频范围仍然受限，Diao 等实现了 9GHz 的差频输出【W.T.Diao, J.He, Z.Liu, B.D.Yang, J.M.Wang.Alternative laser system for cesium magneto-optical trap via optical inject1nlocking to sideband of a 9~GHz current-modulated d1de laser.0ptics Express,vol，20，7480-7487，2012】。
[0005]如果能够将从激光器锁定在主激光器的n(n>l)阶边带上，便可以使从激光器的调谐范围扩大η倍，从而实现半导体激光器的高性能输出及频率的大范围调谐。Schneiderdeng等在2013年将注入锁定技术应用到了 W波段射频信号产生中，利用非线性射频放大器对低频段的射频信号放大进而产生覆盖高阶谐波信号的频率梳，以此对宽带相位调制器进行驱动产生高阶光边带信号作为注入锁定的种子源，最高可将从激光器锁定在25阶边带上，实现了与主频率0.5?IlOGHz的差频锁定，大大提高了常用边带注入锁定技术的锁定范围[G.J.Schneider, J.A.Murakowski, C.A.Schuetz, S.Y.Shi, D.ff.Prather.Rad1frequency signal-generat1n system with over seven octaves of continuoustuning.Nature Photonics, vol, 7, 118-122，2013】。
[0006]但是，以上方法是只是一种对窄线宽激光进行固定频率移频的装置，更需解决的是如何产生大范围可连续线性调谐的窄线宽激光的问题。在高阶边带注入锁定的基础上，要实现快速频率调谐，则需要加载到EOM上的射频信号能够快速线性调谐，且需要对从激光器进行同步电流或温度补偿。鉴于温度补偿速度较慢，限制了激光器的调谐速率，故采用电流补偿的方法较好。因此，需要一种射频信号源，既能够产生大范围快速线性调谐的射频信号，又能够产生同步补偿信号对从激光器进行电流补偿，且噪声很低，以保证从激光器的输出线宽很窄。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提出了一种高精度频率线性调谐窄线宽激光器装置。该装置要解决的问题是通过为基于高阶边带注入锁定技术的可调谐激光器提供高精度频率控制、大范围、线性可调谐的低噪声射频信号，同时为从激光器提供同步补偿电压，补偿从激光器的驱动电流，以实现从激光器锁定在注入激光的高阶边带，实现从激光器的快速、大范围、线性可调谐激光输出，解决可调谐激光器输出功率及调谐范围受限的问题。
[0008]本发明的核心思想是:利用压控振荡器、鉴频鉴相器、环路滤波器、可编程分频器、参考晶振等构成锁相环回路，通过控制器控制可编程分频器，可以产生高精度频率控制、高线性度、可调谐的低噪声射频信号源，再通过倍频器扩大射频信号的频率范围。通过高速开关可以在输出射频基频与倍频后的信号之间切换，进一步提高了输出射频信号的范围。将加载到压控振荡器上的电压经过模数转换器转换为数字信号后，经过控制器进行数字化处理后，再经过数模转换器加载到从激光器上，进行同步电流补偿，在保证补偿的同步性的同时，能够满足电流补偿对补偿电压幅值的要求。窄线宽光纤激光器经过电光调制器后的输出光信号，经过可调谐衰减器和可调谐光学滤波器之后，滤除注入锁定前的无关边带，调节注入到从激光器的光功率，易于实现高阶边带注入锁定。
[0009]本发明的技术解决方案如下:
[0010]一种高精度频率线性调谐窄线宽激光器装置，特征在于其构成包括参考晶振、鉴频鉴相器、环路滤波器、压控振荡器、可编程分频器、控制器、倍频器、高速开关、微波放大器、模数转换器、数模转换器、第二低通滤波器、窄线宽光纤激光器、电光调制器、可调谐衰减器、可调谐光学滤波器、环形器、半导体激光器、电流驱动控制器、温度控制器等，其特征是在所述的参考晶振的输出端口与所述的鉴频鉴相器的第一输入端口相连，该鉴频鉴相器的输出端口与所述的环路滤波器的输入端口相连，该环路滤波器的第一输出端口与所述的压控振荡器的输入端口相连，该环路滤波器的第二输出端口与所述的第二低通滤波器的输入端口相连，第二低通滤波器的输出端口与模数转换器的输入端口相连，所述的压控振荡器的第一输出端口与高速开关的第一输入端口相连，该压控振荡器的第二输出端口与倍频器的输入端口相连，该压控振荡器的第三输出端口与可编程分频器的第一输入端口相连，可编程分频器的输出端口与鉴频鉴相器的第二输入端口相连，所述倍频器的输出端口与高速开关的第二输入端口相连，所述的高速开关的输出端口与微波放大器的输入端口相连，微波放大器的输出端口微波放大器9的输出端口与电光调制器的第二输入端口相连，模数转换器的输出端口与控制器的输入端口相连，所述的控制器的第一输出端口与可编程分频器的第二输入端口相连，该控制器的第二输出端口与数模转换器的输入端口相连，数模转换器的输出端口与电流驱动控制器的输入端口相连，该控制器的第三输出端口与高速开关的第三输入端口相连，窄线宽光纤激光器的输出端口与电光调制器的第一输入端口相连，电光调制器的输出端口与可调谐衰减器的输入端口相连，可调谐衰减器的输出端口与可调谐光学滤波器的输入端口相连，可调谐光学滤波器的输出端口于环形器的I端口相连，环形器的2端口与半导体激光器相连，环形器的3端口为该装置的激光输出端口，电流驱动控制器、温度控制器的输出端口分别与半导体激光器的电流驱动控制、温度控制端口相连。
[0011]由参考晶振、鉴频鉴相器、环路滤波器、压控振荡器、可编程分频器构成的锁相环电路。通过控制器使可编程分频器线性变化，可以实现输出射频信号高精度、高线性度变化。
[0012]锁相环电路输出的射频信号经过倍频器进行扩频，提高输出射频信号的范围，且可以通过控制器控制高速开关选择使输出射频信号在基频信号与倍频后的信号之前快速切换，提高输出射频信号范围。
[0013]环路滤波器的输出电压经过第二低通滤波器、模数转换器、控制器、数模转换器进行处理，可以按照需求对输出补偿电压进行数字比处理，既能够保证该装置射频信号输出端口与同步补偿电压输出端口的同步性，又能够满足从激光器补偿电流对外部补偿电压的幅值要求。
[0014]电光调制器输出的调制光信号经过可调谐衰减器、可调谐光学滤波器，滤除无关边带，且实现注入到半导体激光器的光功率可调谐，易于实现半导体激光器的高阶边带注入锁定。
[0015]所述的压控振荡器为高带