一种宽谱带声光移频激光器的制作方法

本发明涉及一种新型的激光测量技术，尤其涉及一种宽谱带声光移频激光器。

背景技术：

针对运动目标的激光测量技术已经得到了迅速发展，相关的技术包括对运动目标的距离、坐标、形状、运动速度等的测量，其中，针对运动目标速度的测量常利用激光频率的变化量来进行。根据多普勒原理，当测量主体与待测量目标之间存在相对运动时，从测量主体发射前往待测量目标的激光束在照射到待测量目标后，将部分反射或散射并回到测量主体所在的光学接收系统之中，并由光学接收系统汇聚到光电转换用的光电探测器上，所收集的反射或散射光将携带包含运动目标速度特性的多普勒信息。如果在光电探测器上同时施加一个参考用的激光，则回波激光与参考激光之间将产生外差干涉信号。合理设计的探测激光与参考激光以及相应的光电转换探测器将能给出有价值的目标多普勒信号，该多普勒信号将有助于分辨目标的运动特征。

与常规的利用二组连续波单频激光的外差干涉系统不同，利用脉冲激光器与连续波激光器的外差干涉系统具有很多特点。尤其适合于测量待测运动目标相对于其质量中心的微运动状态特征。这时，采用脉冲工作的激光器代替连续波工作的单频激光器作为探测用激光器具有显著的优点。第一，对于高速运动的目标，存在大量级的多普勒频移，高速运动目标自身的转动、振动、进动等运动造成的微多普勒频移信号，将混迹于大量级的多普勒频移之中，当采用多纵模的脉冲激光与连续波激光干涉时，回波信号中实际上包含众多激光纵模，这些激光纵模都会与本地的单频激光发生外差干涉，因此大量级的多普勒频移信号并不会导致外差信号中高频量的产生。这时，外差信号中，最大带宽的高频信号仍然受限于多纵模的脉冲激光自身的脉冲宽度，这将给外差信号的处理带来极大的便利。第二，多纵模的脉冲激光的能量在时间上集中，信噪比高，有利于目标探测，同时，多纵模的脉冲激光的放大更容易实现，可以获得更高的激光峰值功率。因此也更加有利于远距离目标的探测。

为实现上述目的，多纵模的脉冲的纵模频率激光必须与单频连续激光的频率相锁定。这种锁定意味着连续激光的频率与多纵模脉冲激光的某个频率相同或者其频率差是一个固定值。通常这种纵模频率锁定的脉冲激光器由激光锁模技术实现，通过稳定控制锁模激光的重复频率和零点频率，可以实现其频率与连续波激光的频率相互锁定。但是这种锁模激光器的频率锁定技术相对复杂，一般难以实现系统的紧凑。

技术实现要素：

本发明的目的，是针对多纵模脉冲激光与连续波导频激光的外差干涉系统中，多纵模锁模脉冲激光的频率锁定较难实现的技术问题，提出一种宽谱带声光移频激光器作为多纵模脉冲激光器。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种宽谱带声光移频激光器，包括连续波单频激光器、第一耦合器、声光移频器、光纤放大器、滤波器、激光隔离器、第二耦合器和激光功率放大器。所述连续波单频激光器通过光纤连接于第一耦合器的前端，第一耦合器、声光移频器、光纤放大器、滤波器、激光隔离器和第二耦合器通过光纤依次连接组成的环形激光回路，所述激光功率放大器通过光纤与第二耦合器连接。所述连续波单频激光器发出的激光通过第一耦合器注入到环形激光回路中，通过第二耦合器的耦合将部分激光耦合到第一耦合器，部分激光由输出经激光功率放大器功率放大，得到光谱展宽。

进一步地，连续波单频激光器的波长为1.02μm-1.12μm、1.53μm-1.65μm或1.9μm-2.1μm。

进一步地，所述声光移频器的移频范围在1mhz-200mhz之间。

进一步地，所述声光移频器包含单一的声光移频器，或包含二个移频方向相反的串联的声光移频器。

进一步地，所述光纤放大器包含增益放大介质，具体为掺镱、掺铒、掺铥的增益光纤。

进一步地，所述宽谱带声光移频激光器的波长为1.02μm-1.12μm、1.53μm-1.65μm或1.9μm-2.1μm，脉宽在100ps-100ns之间，脉冲重复频率在100khz到5ghz之间。

进一步地，光谱展宽后的光谱带宽范围在0.02-50nm之间。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：本方案解决连续波激光与脉冲激光外差干涉过程中，脉冲激光频率锁定较难实现的技术困难，具有系统结构紧凑、性能可靠、环境稳定性好的特点，能够实现对远距运动目标的高精度、快速运动特征测量。本方案利用单频激光注入的声光移频脉冲激光器得到的光谱展宽是具有频率锁定的多纵模脉冲激光输出能力，在适当控制声光移频反馈环路中的增益系数条件下，所获得的多纵模脉冲激光的其中一个纵模频率与单频注入激光的频率相同；当反馈回路的腔长与声光移频器的频移值基本对应时，其纵模间隔由声光移频器的移频值确定。当后续光纤激光放大器的参数得到有效控制时，其输出的光谱范围将得到有效扩展。与频率锁定的锁模脉冲激光器相比，宽谱带声光移频激光器具有激光频率稳定、结构简单、光谱范围适中等优点，并同样适用于与连续波单频激光的激光外差干涉。本发明的方案，使得脉冲激光与单频激光的相关测量系统可以更加紧凑，并具有快速、实时锁定的特点，能够用于远距离的目标运动特性测量。通过本方案能够获得一种结构紧凑、稳定，测量速度快、精度高、距离远、环境稳定性好的新型激光外差干涉测量系统，能够广泛应用于各类运动目标特征测量中。

附图说明

图1为本发明一种宽谱带声光移频激光器的原理结构示意图。

1-连续波单频激光器，2-第一耦合器，3-声光移频器，4-光纤放大器，5-滤波器，6-激光隔离器，7-第二耦合器，8-激光功率放大器。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

图1为本发明一种宽谱带声光移频激光器的原理结构示意图，包括连续波单频激光器1、第一耦合器2、声光移频器3、光纤放大器4、滤波器5、激光隔离器6、第二耦合器7和激光功率放大器8。所述连续波单频激光器1通过光纤连接于第一耦合器2的前端，第一耦合器2、声光移频器3、光纤放大器4、滤波器5、激光隔离器6和第二耦合器7通过光纤依次连接组成的环形激光回路，所述激光功率放大器8通过光纤与第二耦合器7连接。所述连续波单频激光器1发出的激光通过第一耦合器2注入到环形激光回路中，通过第二耦合器7的耦合将部分激光耦合到第一耦合器，部分激光由输出经激光功率放大器8功率放大，得到光谱展宽。通过利用连续波单频激光器1的单频的连续波激光作为种子激光，声光移频器3与激光放大器8作为环路反馈器件，光纤放大器4作为激光光谱的展开器件。通过声光移频器3与激光放大器8的环路反馈器件，将单频连续波激光的窄频激光转换成多纵模的脉冲激光；由激光放大器8将多纵模脉冲激光进一步展宽为宽带多纵模脉冲激光，可用于脉冲激光与连续波激光的外差干涉。得到的宽谱带声光移频激光器，其波长处于1.02μm-1.12μm、1.53μm-1.65μm或1.9μm-2.1μm，其脉宽在100皮秒到100纳秒之间，脉冲重复频率在100khz到5ghz之间。

所述连续波单频激光器1，是一种连续波单频工作的半导体激光器、固体激光器或光纤激光器，其波长可以处于1.02μm-1.12μm、1.53μm-1.65μm或1.9μm-2.1μm。

所述第一耦合器2是一种三端口或四端口的光纤耦合器，能够按照设定比例将连续波单频激光器1的部分功率耦合到环路之中。

所述声光移频器3是一种带有保偏光纤的声光调制器，其波长处于1.02μm-1.12μm、1.53μm-1.65μm或1.9μm-2.1μm，与连续波单频激光器1的波长相对应；所述声光移频器3的移频范围在1mhz-200mhz之间。所述声光移频器3包含单一的声光移频器，或包含二个移频方向相反的串联的声光移频器。

所述光纤放大器4是一种稀土离子掺杂的保偏增益光纤，包括镱(yb)掺杂光纤、铒(er)掺杂光纤和铥(tm)掺杂光纤。

所述滤波器5是一种带有保偏光纤的窄带滤波器，其波长处于1.02μm-1.12μm、1.53μm-1.65μm或1.9μm-2.1μm，其带宽小于5nm。

所述激光隔离器6是一种单向通光的光学器件，两端包含保偏光纤。

所述第二耦合器7也是一种三端口或四端口的光纤耦合器，能够按照设定比例将环路内的激光部分耦合输出到激光放大器8，部分耦合到第一耦合器2。

所述的激光放大器8是一种光纤激光功率放大器，其增益特性激光放大介质4相对应。

本方案通过单频激光种子注入到声光移频器与放大介质构成的移频环路获得脉冲激光，并利用后接的激光放大展宽激光光谱。所获得的宽谱带声光移频激光器，具有结构简单、长期稳定性好的特点，通过该宽谱带声光移频激光器获得的光谱展宽与单频激光进行外差干涉，其注入的连续激光频率与作为外差干涉参考激光的连续波单频激光器相互锁定，适用于利用脉冲激光作为探测激光的激光外差干涉技术，能够实时地探测包含待测目标运动特征的微多普勒信息。本发明的技术方案，使得相关的测量可以快速、实时，并实现远距测量的目的，能够广泛应用于各类运动目标特征测量中。

将该宽谱带声光移频激光器用于与连续单频激光进行外差干涉测量运动目标运动特征的方法应用于远距离的卫星、导弹运动状态的捕捉，具有系统结构紧凑、性能可靠、环境稳定性好的特点，能够实现对远距运动目标的高精度、快速运动特征测量。据此该方案能够解决连续波激光与脉冲激光外差干涉过程中，脉冲激光频率锁定较难实现的技术困难。