基于循环移频的连续波扫频激光器

1.本发明属于扫频激光器领域，具体涉及一种基于循环移频的连续波扫频激光器。


背景技术：

2.扫频激光器具有可连续移频、调谐范围广、调谐速度快、插入损耗低、易制备等多种优势，因而在光通信和传感领域具有广泛的应用。然而，现有扫频激光器主要通过机械装置改变腔长实现对激光纵模频率的连续扫描，调谐速度慢，激光频率的调控灵活性有待提高。


技术实现要素：

3.本发明提供一种基于循环移频的连续波扫频激光器，以解决目前扫频激光器调谐速度慢、灵活性差的问题。
4.根据本发明实施例的第一方面，提供一种基于循环移频的连续波扫频激光器，包括循环移频环路，所述循环移频环路包括增益介质、耦合器、滤波器和可变移频器，所述增益介质的输出端与所述耦合器的输入端连接，所述耦合器的第一输出端依次通过该滤波器、可变移频器与所述增益介质的输入端连接，所述耦合器的第二输出端作为所述扫频激光器的激光输出端；
5.所述增益介质在泵浦源的激励作用下，产生多纵模激光并将所述多纵模激光传输给所述耦合器，所述耦合器将一部分多纵模激光传输出去，另一部分多纵模激光传输给所述滤波器；所述滤波器从所述多纵模激光中选择出对应频率的单纵模激光并将所述单纵模激光提供给所述可变移频器；所述可变移频器对所述单纵模激光进行移频处理并将移频处理后的单纵模激光传输回所述增益光纤；
6.所述增益光纤对所述单纵模激光进行增益放大，并将增益放大后的单纵模激光传输给所述耦合器，所述耦合器将一部分单纵模激光传输出去，另一部分单纵模激光通过所述滤波器传输给所述可变移频器进行循环移频，直至所述单纵模激光全部从所述循环移频环路中耦合器的第二输出端输出。
7.在一种可选的实现方式中，从所述耦合器的第二输出端输出的单纵模激光的移频量与单纵模激光在所述循环移频环路中传输一次的时间、在所述循环移频环路中的循环传输次数以及单纵模激光每次通过所述可变移频器时的移频量有关。
8.在另一种可选的实现方式中，通过改变所述单纵模激光在所述循环移频环路中传输一次的时间、所述耦合器的分光比、所述可变移频器的移频量扫动曲线中的至少一项，来调节从所述耦合器的第二输出端输出的单纵模激光的移频量，从而来调节所述单纵模激光的扫频曲线。
9.在另一种可选的实现方式中，改变所述可变移频器的移频量扫动曲线包括改变移频量扫动曲线的波形，以及在不改变移频量扫动曲线波形的前提下改变移频量扫动曲线的幅值和周期；调节所述单纵模激光的扫频曲线包括调节所述扫频曲线的波形、幅值和周期。
10.在另一种可选的实现方式中，所述可变移频器为可调声光移频器，包括串联的第一可调声光移频单元和第二可调声光移频单元，所述串联的第一可调声光移频单元和第二可调声光移频单元的第一自由端与所述滤波器的输出端连接，第二自由端与所述增益介质的输入端连接；所述第一可调声光移频单元用于产生固定的移频量，所述第二可调声光移频单元用于产生初始移频量扫动曲线；所述初始移频量扫动曲线与所述固定的移频量相减，获得从零频开始移频的所述移频量扫动曲线，所述可变移频器利用所述移频量扫动曲线对所述单纵模激光进行移频处理。
11.在另一种可选的实现方式中，所述单纵模激光一次循环移频过程中的移频量δf为：
12.δf＝f2-f1，
13.其中，f2表示所述单纵模激光通过所述第二可调声光移频单元后的移频量，f1表示所述单纵模激光通过所述第一可调声光频移单元后的移频量，通过调节f1和/或f2的大小，使得移频量δf在零频附近随时间任意变化；
14.根据推导出所述单纵模激光此前各次循环移频过程中的累积移频量f为：
[0015][0016]
其中，τ表示单纵模激光在循环移频环路中传输一次的时间，表示单纵模激光的移频速率。
[0017]
在另一种可选的实现方式中，所述滤波器为可调声光滤波器，用于对从所述多纵模激光中选择出的所述单纵模激光的频率范围进行调节。
[0018]
在另一种可选的实现方式中，所述移频量扫动曲线为从零频开始移频的移频量正弦曲线，所述单纵模激光在循环移频环路中传输一次的时间等于所述移频量正弦曲线中一个移频周期，此时所述单纵模激光按照余弦曲线进行移频，从而获得单纵模余弦扫频激光。
[0019]
在另一种可选的实现方式中，所述可变移频器与所述增益介质的输入端之间设有隔离器。
[0020]
在另一种可选的实现方式中，还包括控制电路，所述控制电路分别与滤波器和可变移频器连接，用于输出第一控制信号对所述滤波器进行控制，以对所述滤波器从所述多纵模激光中选择出的所述单纵模激光的频率范围进行调节；所述控制电路还用于输出第二控制信号对所述可变移频器进行控制，以对所述可变移频器提供的移频量扫动曲线进行调节。
[0021]
本发明的有益效果是：
[0022]
1、本发明通过设计循环移频环路，首先从产生的多纵模激光中选择出对应频率的单纵模激光，使得单纵模激光的扫频规律完全由循环移频环路决定，而在循环移频环路中，可以通过调节单纵模激光在循环移频环路中传输一次的时间、单纵模激光在循环移频环路中的循环传输次数以及可变移频器提供的移频量扫动曲线这三种参数来改变单纵模激光的扫频曲线，即便在移频结构不变，对应地移频量扫动曲线波形不变的情况下，也可以通过
调节单纵模激光在循环移频环路中传输一次的时间、在循环移频环路中的循环传输次数这两种参数来改变单纵模激光可遵循的扫频曲线波形，可见本发明激光器扫频遵循的扫频曲线可调，尤其是激光器扫频曲线的波形可调，因而本发明扫频激光器通用性更好、调谐速度更快、灵活性更好；
[0023]
2、本发明通过设置可调声光滤波器，可以实现单纵模激光频率范围调节；
[0024]
3、本发明通过设置第一可调声光移频单元和第二可调声光移频单元，将第二可调声光移频单元产生的初始移频量扫动曲线与第一可调声光移频单元产生的固定移频量相减，可以获得从零频开始移频的移频量扫动曲线，并且两个移频单元可调，因而可以实现移频量扫动曲线调节；
[0025]
4、本发明通过设置隔离器，可以保证单纵模激光按照预设的路线传输；
[0026]
5、本发明通过设置控制电路，可以对滤波器进行控制，实现单纵模激光频率范围调节；并且可以对可变移频器进行控制，实现移频量扫动曲线调节。
附图说明
[0027]
图1是本发明基于循环移频的连续波扫频激光器的一个实施例结构示意图；
[0028]
图2是本发明基于循环移频的连续波扫频激光器的另一实施例结构示意图；
[0029]
图3是本发明移频量扫动曲线的一个实施例示意图；
[0030]
图4是本发明扫频曲线的一个实施例示意图。
具体实施方式
[0031]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。
[0032]
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0033]
参见图1，为本发明基于循环移频的连续波扫频激光器的一个实施例结构示意图。该基于循环移频的连续波扫频激光器可以包括循环移频环路，所述循环移频环路包括增益介质2、耦合器3、滤波器4和可变移频器5，所述增益介质2的输出端与所述耦合器3的输入端连接，所述耦合器3的第一输出端依次通过该滤波器4、可变移频器5与所述增益介质2的输入端连接，所述耦合器3的第二输出端作为所述扫频激光器的激光输出端；所述增益介质2在泵浦源的激励作用下，产生多纵模激光并将所述多纵模激光传输给所述耦合器3，所述耦合器3将一部分多纵模激光传输出去，另一部分多纵模激光传输给所述滤波器4；所述滤波器4从所述多纵模激光中选择出对应频率的单纵模激光并将所述单纵模激光提供给所述可变移频器5；所述可变移频器5对所述单纵模激光进行移频处理并将移频处理后的单纵模激光传输回所述增益光纤2；所述增益光纤2对所述单纵模激光进行增益放大，并将增益放大后的单纵模激光传输给所述耦合器3，所述耦合器3将一部分单纵模激光传输出去，另一部分单纵模激光通过所述滤波器4传输给所述可变移频器5进行循环移频，直至所述单纵模激
光全部从所述循环移频环路中耦合器3的第二输出端输出。
[0034]
本实施例中，从所述耦合器的第二输出端输出的单纵模激光的移频量与单纵模激光在所述循环移频环路中传输一次的时间、在所述循环移频环路中的循环传输次数以及单纵模激光每次通过所述可变移频器时的移频量有关。本发明可以通过改变所述单纵模激光在所述循环移频环路中传输一次的时间、所述耦合器的分光比、所述可变移频器的移频量扫动曲线中的至少一项，来调节从所述耦合器的第二输出端输出的单纵模激光的移频量，从而来调节单纵模激光的扫频曲线。其中，在循环移频环路中可以设有延时器，以对单纵模激光在所述循环移频环路中传输一次的时间进行调节；改变耦合器的分光比可以对单纵模激光再循环移频环路中的循环传输次数进行调节，改变可变移频器的移频量扫动曲线可以对单纵模激光每次通过可变移频器时的移频量进行调节，改变可变移频器的移频量扫动曲线可以包括更换可变移频器来改变移频量扫动曲线的波形，以及在不更换可变移频器，不改变移频量扫动曲线波形的前提下改变移频量扫动曲线的幅值和周期等，调节单纵模激光的扫频曲线可以包括调节所述扫频曲线的波形、幅值和周期。
[0035]
本实施例中，对于增益介质在泵浦源激励作用下产生的对应量的多纵模激光，其通过滤波器后得到对应量的单纵模激光，该对应量单纵模激光在通过循环移频环路的过程中，部分单纵模激光被不断增益放大且其移频量不断累积变化，该部分单纵模激光从耦合器的第二输出端输出时，该部分单纵模激光的移频量等于单纵模激光此前各次在循环移频环路传输过程中的移频量之和。由于增益介质在泵浦源的激励作用下会不断产生多纵模激光，因而从后续产生的多纵模激光中，选择出的单纵模激光在循环移频环路传输时发生的移频量与可变移频器提供的移频量扫动曲线密切相关。另外，为了快速获得按对应曲线进行扫频的激光，可以在滤波器和可变移频器开始工作之间，使增益介质产生的多纵模激光在循环移频环路中多次增益放大。
[0036]
由上述实施例可见，传统地，可变移频器可输出的移频量扫动曲线波形单一，为了获得更多波形的移频量扫动曲线，需要对可变移频器进行重新设计，结构比较复杂且一种移频结构只能针对性地产生一种波形的移频量扫动曲线，移频结构没用通用性。本发明通过设计循环移频环路，首先从产生的多纵模激光中选择出对应频率的单纵模激光，使得单纵模激光的扫频规律完全由循环移频环路决定，而在循环移频环路中，可以通过调节单纵模激光在循环移频环路中传输一次的时间、单纵模激光在循环移频环路中的循环传输次数以及可变移频器提供的移频量扫动曲线这三种参数来改变单纵模激光的扫频曲线，即便在移频结构不变，对应地移频量扫动曲线波形不变的情况下，也可以通过调节单纵模激光在循环移频环路中传输一次的时间、在循环移频环路中的循环传输次数这两种参数来改变单纵模激光可遵循的扫频曲线波形，可见本发明激光器扫频遵循的扫频曲线可调，尤其是激光器扫频曲线的波形可调，因而本发明扫频激光器通用性更好、调谐速度更快、灵活性更好。
[0037]
参见图2，为基于循环移频的连续波扫频激光器的另一实施例结构示意图。图2与图1所示基于循环移频的连续波扫频激光器的区别在于，所述滤波器4为可调声光滤波器，用于对从所述多纵模激光中选择出的所述单纵模激光的频率范围进行调节。本发明通过设置可调声光滤波器，可以实现单纵模激光频率范围调节。此外，所述可变移频器5可以为可调声光移频器，包括串联的第一可调声光移频单元51和第二可调声光移频单元52，所述串
联的第一可调声光移频单元51和第二可调声光移频单元52的第一自由端与所述滤波器4的输出端连接，第二自由端与所述增益介质2的输入端连接；所述第一可调声光移频单元51用于产生固定的移频量，所述第二可调声光移频单元52用于产生初始移频量扫动曲线；所述初始移频量扫动曲线与所述固定的移频量相减，获得从零频开始移频的所述移频量扫动曲线，所述可变移频器5利用所述移频量扫动曲线对所述单纵模激光进行移频处理。通常地，可变移频器产生地移频量扫动曲线很难从零频开始移频，本发明通过设置第一可调声光移频单元和第二可调声光移频单元，将第二可调声光移频单元产生的初始移频量扫动曲线与第一可调声光移频单元产生的固定移频量相减，可以获得从零频开始移频的移频量扫动曲线，并且两个移频单元可调，因而可以实现移频量扫动曲线调节，调节量可从零频开始，调节范围更大。在一个实施例中，所述移频量扫动曲线可以为从零频开始移频的移频量正弦曲线，如图3所示，单纵模激光在循环移频环路中传输一次的时间等于所述移频量正弦曲线中一个移频周期，此时所述单纵模激光按照余弦曲线进行移频，从而获得单纵模余弦扫频激光，如图4所示。
[0038]
本实施例中，所述单纵模激光一次循环移频过程中的移频量δf为：
[0039]
δf＝f2-f1，
[0040]
其中，f2表示所述单纵模激光通过所述第二可调声光移频单元后的移频量，f1表示所述单纵模激光通过所述第一可调声光频移单元后的移频量，通过调节f1和/或f2的大小，使得移频量δf在零频附近随时间任意变化；
[0041]
根据推导出所述单纵模激光此前各次循环移频过程中的累积移频量f为：
[0042][0043]
其中，τ表示单纵模激光在循环移频环路中传输一次的时间，表示单纵模激光的移频速率。
[0044]
图2与图1所示基于循环移频的连续波扫频激光器的区别还在于，所述可变移频器与所述增益介质的输入端之间设有隔离器1，本发明通过设置隔离器，可以保证单纵模激光按照预设的路线传输。图2所示基于循环移频的连续波扫频激光器还包括控制电路7，所述控制电路7分别与滤波器4和可变移频器5连接，用于输出第一控制信号61对所述滤波器4进行控制，以对所述滤波器4从所述多纵模激光中选择出的所述单纵模激光的频率范围进行调节；所述控制电路还用于输出第二控制信号62对所述可变移频器5进行控制，以对所述可变移频器5提供的移频量扫动曲线进行调节。本发明通过设置控制电路，可以对滤波器进行控制，实现单纵模激光频率范围调节；并且可以对可变移频器进行控制，实现移频量扫动曲线调节。
[0045]
由上述实施例可见，本发明通过设计循环移频环路，首先从产生的多纵模激光中选择出对应频率的单纵模激光，使得单纵模激光的扫频规律完全由循环移频环路决定，而在循环移频环路中，可以通过调节单纵模激光在循环移频环路中传输一次的时间、单纵模激光在循环移频环路中的循环传输次数以及可变移频器提供的移频量扫动曲线这三种参
数来改变单纵模激光的扫频曲线，即便在移频结构不变，对应地移频量扫动曲线波形不变的情况下，也可以通过调节单纵模激光在循环移频环路中传输一次的时间、在循环移频环路中的循环传输次数这两种参数来改变单纵模激光可遵循的扫频曲线波形，可见本发明激光器扫频遵循的扫频曲线可调，尤其是激光器扫频曲线的波形可调，因而本发明扫频激光器通用性更好、调谐速度更快、灵活性更好。
[0046]
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本技术旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
[0047]
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来管制。