[发明专利]一种半导体激光器的无调制稳频方法和装置

说明书

本发明涉及一种半导体激光器的无调制稳频装置及方法，其中该装置包括：半导体激光器、光学鉴频装置、鉴频信号处理单元、激光器综合控制微处理单元以及驱动电路；其中，该激光器根据所述驱动电路提供的驱动电流或驱动电压信号产生激光；光学鉴频装置用于对该激光器产生的激光光束进行分束和检测，以得到鉴频所需的各分束的光信号所对应的电信号；鉴频信号处理单元用于对该电信号进行处理产生误差信号；激光器综合控制微处理单元用于将误差信号转化为调节信号；驱动电路用于根据调节信号输出驱动电流或驱动电压。本发明解决了现有可调谐激光器的稳频采用锁相稳频时控制系统复杂的问题，并且光路结构简单，抗干扰能力强。

技术领域

本发明属于半导体激光器领域，具体涉及一种半导体激光器的无调制稳频方法和装置。

背景技术

半导体激光器因具有体积小、线宽窄、波长可调谐等优点而被广泛应用于光通信、LIDAR、激光器气体分析、原子钟等领域。以半导体DFB激光器为例，其线宽普遍可以做到1MHz左右，但是受制于TEC控制温度和LD驱动电流(或驱动电压)的控制精度，以及环境热效应、振动等外部影响，频率漂移导致激光频率的长时间稳定性较差，无法满足精密测量应用的要求。为了提高半导体激光器频率稳定性，需要为激光器搭配主动稳频装置，即选择一个稳定的参考标准频率为基准，如原子或分子的特征吸收峰、法布里-珀罗谐振峰等，探测激光频率与基准频率之间的相对偏移，产生误差信号，通过反馈电路去调节LD的驱动电流(或驱动电压)，使其锁定回到标准频率上。

常用的激光稳频方法是差分锁频技术和锁相稳频技术。差分锁频技术中，将激光频率锁定在基准频率的斜坡上，将频率改变量转化为强度改变量，利用探测器记录频率相关的强度变化并与基准电压信号比较，进而锁定频率，该方法结构简单，但是由于探测信号具有正弦对称性，即无法区分探测信号与基准点的相对位置，必然影响锁频的准确度，此外，若激光频率位于正弦信号的极大值或极小值附近，其对应的光强-频率曲线的斜率较小，对锁频的效果也有比较大的影响。锁相稳频技术中，将激光频率无漂移锁定在基准频率的峰值点上，通过在探测光信号上加入一个电调制信号，可以准确判定激光频率与基准源频率的峰值点的相对位置，进而实现很好的稳频效果，可以有效克服差分锁频技术中存在的上述问题，但是其电调制系统的结构比较复杂，更适用于固定频率点的稳频，对于需要对激光频率进行一定范围的扫描的情况，则必须采用外置法布里-珀罗干涉仪、马赫-曾德干涉仪等来精密调节基准频率的峰值位置，使其与设定频率一致后才可用于锁频，这会进一步增大系统的复杂程度，同时额外引入的精密控制元件，如PZT等价格较高，不利于应用推广。

近年来，人们在无调制技术方面进行了广泛的研究，也提出了多种解决方案，其中比较突出的技术有：基于塞曼效应锁频和利用光的正交偏振特性来实现锁频等，前者需要外加磁场，而后者的光路结构复杂且对环境十分敏感。因此，有必要研制出一种用于半导体激光器的结构简单且无调制的精确稳频方案。

发明内容

本发明提供一种半导体激光器的无调制稳频方法和装置，技术方案如下：

一种半导体激光器的无调制稳频装置，包括：半导体激光器、光学鉴频装置、鉴频信号处理单元、激光器综合控制微处理单元以及驱动电路；

其中，半导体激光器作为光源，可根据所述驱动电路提供的驱动电流或驱动电压信号产生激光；

光学鉴频装置用于对半导体激光器的光束进行分束和检测，以得到鉴频所需的各分束的光信号所对应的电信号；

鉴频信号处理单元用于对光学鉴频装置检测到的电信号进行处理，以产生稳频控制所需的误差信号；

激光器综合控制微处理单元用于接收鉴频信号处理电路产生的误差信号，并将其转化为对驱动电路的调节信号；

驱动电路用于根据上述调节信号输出作为半导体激光器的控制信号的驱动电流或驱动电压，从而控制半导体激光器工作。