全光纤化半导体激光器稳频装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体激光器，特别是一种全光纤化半导体激光器稳频装置，该装置可应用于激光原子冷却、激光雷达等领域。
【背景技术】
[0002]半导体激光器由于其体积小、效率高、波长选择灵活等优点在光频标、高分辨率光谱学、精密测量、光通信等领域具有十分广泛的应用，而在上述应用中激光的频率稳定度是一个极其重要的指标参数。对于普通的自由运转的半导体激光器，因为受到工作环境的影响，激光输出的频率长期稳定度较差，因此半导体激光稳频技术在现代科学术中发挥着越来越重要的作用。激光稳频初期主要通过恒温、防振、密封隔声、稳定电源等方法以减小外界环境的影响，但这些技术很难保证频率长期稳定性和复现性，若要达到更高要求的频率稳定度，必须依靠主动稳频技术，即当激光器的频率发生波动偏离频率标准时实时地鉴别出来，通过反馈控制的方法将激光频率恢复到原子、分子的吸收谱线或法布里-珀罗标准具的透射峰等特定的频率标准上。
[0003]在先常用的半导体激光器主动稳频技术，依靠调制光谱法、PDH法、DAVLL法、偏振光谱法、Sagnac干涉探测法等在频率标准处获得所需的反馈误差电学信号，并利用电学闭环控制环路进行反馈稳频，该技术等需要复杂的处理电路及各种调制元件，装置复杂且成本较高，并且反馈由电学信号完成，响应带宽受到一定程度的限制，限制了频率稳定度的进一步提高。为了克服上述技术对稳频技术带来的问题，在先技术利用非相干光学反馈对半导体激光器进行稳频(参见应康，陈迪俊，蔡海文，瞿荣辉，半导体激光器稳步装置及其调整方法，申请号 201210060979.2 ;Yangguang Sun, Fang Wei, Zuoren Dong, DijunChen, Haiwen Cai, Ronghui Qu, All-optical frequency stabilizat1n and linewidthreduct1n of distributed feedback d1de lasers by polarizat1n rotated opticalfeedback[J], Optics Expree, 2014，22(13):15757-15762)。该技术通过引入非相干光反馈，将半导体激光器的频率锁定在铯原子852nm波段的饱和吸收峰上，并将半导体激光器的频率稳定度从96MHz压缩到6.6MHz，可以突破电学反馈稳频带宽的限制，同时无需精密电子学和激光器调谐执行机构参与稳频过程，但由于该技术的光路利用体光学元件进行搭建，故具有光路调节复杂、反馈光强度不可控、体积大、稳健性差等缺点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述在先技术的不足，提供一种全光纤化半导体激光器稳频装置。该装置将半导体激光器的频率锁定在鉴频单元的透射峰上，可有效减小系统的体积及重量，降低整个稳频系统对外界环境的敏感度，并进一步提高稳频系统的稳频精度及抗扰性。
[0005]本发明的技术解决方案
[0006]一种全光纤化半导体激光器稳频装置，特点在于其结构包括第一光纤耦合器、光纤偏振分束器、光纤隔离器、鉴频单元、第二光纤耦合器、可调光纤衰减器、光电探测器、示波器，上述元部件通过保偏连接光纤连接如下:
[0007]所述的第一光纤親合器具有一个输入端和两个输出端，第一输出端用于稳频激光的输出，第二输出端用于非相干光反馈稳频，该光纤耦合器的第二输出端连接所述的光纤偏振分束器的①端口，且激光的偏振方向与保偏光纤的慢轴平行，并由所述的光纤偏振分束器的②端口输出，该光纤偏振分束器的②端口依次经过光纤隔离器、鉴频单元后连接到第二光纤耦合器的输入端，该光纤耦合器的一个输出端的鉴频单元透射谱由光电探测器探测并输入所述的示波器的输入端，对鉴频单元得到的误差光信号进行实时显示，而该光纤耦合器的另一个输出端经过可调光纤衰减器后连接到光纤偏振分束器的③端口，再经过所述的偏振分束器后由①端口重新输出，且激光的偏振方向与保偏光纤的快轴平行，从而得到带有鉴频信息的非相干激光反馈信号，且反馈信号的强弱可由可调光纤衰减器进行调
-K-T。
[0008]本发明与在先技术相比，具有以下优点和积极效果:
[0009]1、与在先技术相比，本发明的全光纤化半导体激光器稳频装置，全部采用光纤化的光学元件，各元件间的对接固定简便，避免了体光学元件光路调整复杂的问题，且可以有效地减小稳频装置的体积和重量；
[0010]2、与在先技术相比，本发明的全光纤化半导体激光器稳频装置，全部光学元件的输入输出端均为保偏光纤，可以极大的消除空气流动、机械振动等环境扰动对反馈光路的影响，具有稳健性好的优点。
[0011]3、与在先技术相比，本发明的全光纤化半导体激光器稳频装置，非相干反馈光的强度调节更为灵活，且可以适用于各种保偏光纤输入/输出的透射型鉴频单元。
【附图说明】
[0012]图1是本发明全光纤化半导体激光器稳频装置的结构框图。
[0013]图2是半导体激光器非相干光注入功率对激光器输出频率的影响。
[0014]图3是本发明非相干光反馈进行稳频的原理示意图。
[0015]图4是本发明实施例1的系统结构示意图。
[0016]图5是本发明实施例2的系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明，根据本发明的思想，可以采用若干实施方法，如下几种方案仅作为该发明思想的解释说明，具体方案不局限于此。
[0018]先请参阅图1，由图可见，本发明全光纤化的半导体激光器稳频装置，构成包括半导体激光器光源1、半导体激光器控制器2、光纤耦合器3、光纤偏振分束器4、光纤隔离器5、鉴频单元6、光纤耦合器7、可调光纤衰减器8、光电探测器9、示波器10，所述的光源控制器2为半导体激光器光源I提供可调的驱动电流和温度控制，在所述的半导体激光器光源I的出光方向连接所述的第一光纤耦合器3的输入端，该光纤耦合器3的一个输出端连接光纤偏振分束器4的①端口，该光纤偏振分束器4的②端口依次连接光纤隔离器5、鉴频单元6、第二光纤親合器7的输入端，该光纤親合器(7)的一个输出端连接光电探测器9的输入端，该光电探测器9的输出端接示波器10的输入端，对鉴频单元得到的误差光信号进行实时显示，而该光纤耦合器7的另一个输出端依次连接可调光纤衰减器8及光纤偏振分束器4的③端口。光纤偏振分束器4可将鉴频单元6得到的透射谱信号转换为与半导体激光器光源I出射激光偏振方向垂直的反馈光重新注入到半导体激光器光源I中，并且反馈光的强度可以通过可调光纤衰减器8进行调节。
[0019]本发明的具体原理如下:
[0020]本发明全光纤化半导体激光器稳频装置基于非相干光反馈的原理，当光频率对稳频点发生偏移时，注入到半导体激光器的反馈光强度经鉴频单元后会发生改变，引起半导体激光器的频率的改变，从而将半导体激光器的频率稳定在稳频点上。请参阅图1，半导体激光器的非相干光反馈是通过光纤偏振分束器4实现的，光源I输出的激光的偏振方向与保偏光纤的慢轴平行，用于稳频的激光通过光纤偏振分束器4的①端口后由光纤偏振分束器4的②端口输出，偏振方向保持不变，接着经过光纤隔离器5进入到鉴频单元6中得到带有鉴频信息的、偏振方向与慢轴平行的激光输出，并由光纤偏振分束器4的③端口输入后经光纤偏振分束器4的①端口输出偏振方向与保偏光纤慢轴垂直的激光，形成对半导体激光器光源的I的非相干光反馈。请参阅图2，半导体激光器在工作时对于非相干反馈光很敏感，非相干反馈光的注入会引起半导体激光器输出频率的改变，图2为半导体激光