非热敏感片上波长锁定器及激光器波长锁定的方法与流程

本发明涉及光通信及激光雷达，尤其涉及一种非热敏感片上波长锁定器及其控制波长的方法。

背景技术：

1、目前应用于可调谐激光器等领域的波长锁定器主要使用石英标准具。一般将波长锁定在标准具传输光谱的中值附近，对应于传输光谱斜率最大点，通过监控传输功率的变化实时调整激光器波长。

2、石英材料具有热光系数小、稳定性高的特点，但是石英标准具体积庞大，不利于集成；为了精确地锁定波长，标准具需要精确地控制长度，生产良率低；此外，标准具的传输谱会随着外部环境如温度、应力等因素变化，实际工作中，需要根据工作环境调整标准具的初始状态，增加了复杂度。

技术实现思路

1、本发明其中一个目的是提出一种非热敏感片上波长锁定器，解决了现有技术中石英标准具体积庞大，不利于集成的技术问题。

2、采取的技术方案为：一种非热敏感片上波长锁定器，包括锁定器入射波导、非热敏感标准具、连接波导、多路单通道接收器、接收器输出和控制系统，待锁定波长的光信号通过锁定器入射波导进入非热敏感标准具，非热敏感标准具的多路输出信号通过连接波导一一对应进入单通道接收器，控制系统连接接收器输出，选择一路或几路输出信号作为波长锁定器的参考值。

3、对本发明技术方案的优选，锁定器入射波导、非热敏感标准具、连接波导和多路单通道接收器集成在一块芯片上。

4、对本发明技术方案的优选，单通道接收器为集成片上探测器结构，具有高集成度，一致性高的优点。

5、对本发明技术方案的优选，非热敏感标准具为由三个1x2分光器、两个2x2分光器和四个波导构成的两个马赫曾德干涉仪结构。此种结构的非热敏感标准具两臂设计不同的波导结构和长度，实现与石英材料相当的热温度系数，具有集成度高、良率高、可靠性高等优点。

6、对本发明技术方案的优选，三个1x2分光器定义为第一1x2分光器、第二1x2分光器和第三1x2分光器，两个2x2分光器定义为第一2x2分光器和第二2x2分光器，四个波导定义为第一波导、第二波导、第三波导和第四波导，

7、第一1x2分光器的入端与锁定器入射波导相连，第一1x2分光器的两个出端分别与第二1x2分光器和第三1x2分光器的入端相连，第二1x2分光器的两个出端分别通过第一波导和第二波导与第一2x2分光器的两个入端相连，第三1x2分光器的两个出端分别通过第三波导和第四波导与第二2x2分光器的两个入端相连，两个2x2分光器的出端接两路连接波导，

8、其中，第二1x2分光器、第一波导、第二波导和第一2x2分光器构成一个马赫曾德干涉仪结构，第三1x2分光器、第三波导、第四波导和第二2x2分光器构成另一个马赫曾德干涉仪结构；

9、所述两个马赫曾德干涉仪结构内的波导满足以下条件：

10、设第一波导、第二波导、第三波导和第四波导的长度分别为l1、l2、l3、l4，有效折射率分别为n1、n2、n3、n4，群折射率分别为ng1、ng2、ng3、ng4，有效折射率的温度系数分别为dn1/dt、dn2/dt、dn3/dt、dn4/dt；

11、n1＝n3                        (1)

12、n2＝n4                        (2)

13、ng1＝ng3                      (3)

14、ng2＝ng4                      (4)

15、l2＝l4                        (5)

16、l1＝l3+λ/4n1                 (6)

17、dn1/dt＝dn3/dt               (7)

18、dn2/dt＝dn4/dt               (8)

19、式中，λ为设计中心波长；

20、所述非热敏感标准具的满足如下条件：

21、dn1/dt*l1＝dn2/dt*l2         (9)

22、fsr＝c/|ng1*l1-ng2*l2|       (10)

23、其中，fsr为标准具的自由光谱范围，c为真空中的光速。

24、对本发明技术方案的优选，所述1x2分光器通过1x2多模干涉耦合器或者y分支实现；2x2分光器通过2x 2多模干涉耦合器或定向耦合器实现。

25、对本发明技术方案的优选，非热敏感标准具由一个1x2分光器、一个90度混频器和两个波导构成的一个马赫曾德干涉仪结构，1x2分光器的入端与锁定器入射波导相连，1x2分光器的两个出端分别通过两个波导与90度混频器的入端相连，90度混频器的出端接连接波导(3)；定义两个波导的长度分别为l1和l2，有效折射率分别为n1和n2，群折射率分别为ng1和ng2，有效折射率的温度系数分别为dn1/dt和dn2/dt，

26、该非热敏感标准具的满足如下条件：

27、dn1/dt*l1＝dn2/dt*l2       (9)

28、fsr＝c/|ng1*l1-ng2*l2|       (10)

29、其中，fsr为标准具的自由光谱范围，c为真空中的光速。

30、本技术方案的非热敏感标准具，由于不需要满足式(1)～(8)，工艺容差更大。

31、对本发明技术方案的优选，单通道接收器输出对应组合，实现差分工作模式，输出信号连接控制系统。

32、本发明的另一个目的是提出一种基于非热敏感片上波长锁定器的激光器波长锁定的方法，解决了色散引起的标准具fsr不一致导致的某些波长点的无效锁波问题。

33、采取的技术方案为：一种基于非热敏感片上波长锁定器的激光器波长锁定的方法，包括如下步骤：

34、s1、将激光器通过锁定器入射波导接入非热敏感片上波长锁定器；

35、s2、扫描激光器的波长，记录各路输出信号的曲线，得到输出信号的曲线中值；

36、s3、将激光器调节到某一待锁定波长，读取非热敏感片上波长锁定器上的此波长的多路输出信号，控制系统选择接近曲线中值的支路作为输出支路；

37、s4、记录步骤s3中选定的输出支路的输出参数，作为该待锁定波长的标定参数；

38、s5、重复步骤s3和s4，激光器内所有待锁定波长全部标定；

39、s6、开启激光器波长锁定，锁定过程中，实时读取待锁定波长对应的输出支路的输出参数，并动态调节激光器的波长，使得实时输出参数与步骤s4的标定参数之间的差别在10％之内。

40、本发明技术方案的优选，步骤s4中，输出支路的参数包括输出支路的序号和输出值。

41、本发明的有益效果是：

42、1、本发明非热敏感片上波长锁定器，通过对片上波长锁定器中马赫曾德干涉仪的两臂设计不同的波导结构和长度，实现与石英材料相当的热温度系数，具有集成度高、良率高、可靠性高等优点。

43、2、本发明的方法，选择灵敏度大的支路作为待锁定波长的参考支路，可以避免色散带来的无效锁定，实现大波长范围的波长锁定。