寬頻帶近肖特噪聲極限的單頻光纖激光強(qiáng)度噪聲抑制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光器的強(qiáng)度噪聲抑制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種寬頻帶近肖特噪聲極限的單頻光纖激光強(qiáng)度噪聲抑制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖激光器是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質(zhì)的激光器。在栗浦光的作用下光纖內(nèi)極易形成高功率密度，造成激光工作物質(zhì)的激光能級粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，采取簡要措施便可構(gòu)成諧振腔，形成激光輸出。光纖激光器因其抽運(yùn)閾值功率低、轉(zhuǎn)換效率高、輸出激光波長多、可調(diào)諧范圍寬、耦合效率高(與現(xiàn)有光纖通信系統(tǒng)和光纖傳感系統(tǒng)完全兼容)、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)在高速率和密集波分復(fù)用激光光纖通訊、高精度光纖傳感技術(shù)、大功率激光加工等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景和巨大的應(yīng)用價(jià)值。然而強(qiáng)度噪聲作為光纖激光器的一個(gè)重要指標(biāo)，是制約其進(jìn)一步應(yīng)用的關(guān)鍵因素。如在光纖水聽器傳感中，光纖激光的低頻強(qiáng)度噪聲(通常頻率范圍為0-20 kHz)會(huì)增加系統(tǒng)的噪聲基底，從而影響探測精度與靈敏度;在多普勒測風(fēng)雷達(dá)中，處于中頻段的弛豫振蕩所帶來的明顯的激光強(qiáng)度噪聲(通常頻率范圍為幾百kHz至幾MHz)會(huì)干擾測試信號，極大地影響了測試結(jié)果。此外，在例如壓縮光的產(chǎn)生、量子通信、引力波探測等一些先進(jìn)應(yīng)用場合，強(qiáng)度噪聲接近肖特噪聲極限的激光光源是一個(gè)重要的組成部分。因此，對光纖激光器的強(qiáng)度噪聲性能進(jìn)行分析研究并探索其抑制方法，如何獲得一個(gè)寬頻帶近肖特噪聲極限的單頻光纖激光器成為了近期的研究熱點(diǎn)。
[0003]激光器的強(qiáng)度噪聲指激光器的輸出功率波動(dòng)情況，用相對強(qiáng)度噪聲RIN(RelativeIntensity Noise)來描述，其定義為單位頻帶內(nèi)單位功率上的激光強(qiáng)度變化。光纖激光器的強(qiáng)度噪聲主要包括兩部分:低頻的技術(shù)噪聲、中頻的弛豫振蕩、高頻的量子噪聲。低頻的技術(shù)噪聲是由外部環(huán)境干擾、栗浦源的功率起伏等引起。在連續(xù)抽運(yùn)激光器中，弛豫振蕩表現(xiàn)為某些頻段內(nèi)光強(qiáng)隨時(shí)間變化的阻尼振蕩，是引起激光器輸出功率起伏的最主要原因。其產(chǎn)生機(jī)制是增益介質(zhì)內(nèi)反轉(zhuǎn)粒子與激光腔內(nèi)光子相互作用而引起的激光振蕩。高頻的量子噪聲來源于激光能量量子化過程中的光量子漲落，已經(jīng)接近肖特噪聲極限。因此，對光纖激光器的強(qiáng)度噪聲抑制主要是針對低頻技術(shù)噪聲和中頻弛豫振蕩這兩個(gè)部分。
[0004]目前，激光強(qiáng)度噪聲抑制方案已經(jīng)有很多種。其中以注入鎖定、模清潔器、光電反饋以及激光飽和放大為主。注入鎖定是指將一個(gè)主激光器(Master Laser)的輸出注入到一個(gè)從激光器(Slave Laser)中，當(dāng)主激光器的輸出光頻率剛好為從激光器的諧振頻率時(shí)，該激光信號將在從激光器中被放大，且最終輸出的激光強(qiáng)度噪聲會(huì)得到相應(yīng)改善。但是這個(gè)方案需要兩臺(tái)激光器同時(shí)工作，并且還要求主激光器擁有較好的噪聲性能，在實(shí)用性方面存在較大的缺陷。模清潔器指具有濾波特性的光學(xué)組件，激光束通過后耦合出一部分光，然后由光電探測器探測并經(jīng)功率放大器放大后反饋到振幅調(diào)制器(Α0Μ、Ε0Μ)上構(gòu)成反饋控制回路，從而達(dá)到抑制噪聲的目的。然而，該方案使得整個(gè)激光結(jié)構(gòu)變得很復(fù)雜，同時(shí)對外界環(huán)境的要求也很高，并使得光纖激光器全光纖結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢不復(fù)存在。光電反饋則指利用分光裝置提取部分光，利用其中的噪聲信號來控制栗浦驅(qū)動(dòng)電流，進(jìn)而影響腔內(nèi)增益以達(dá)到抑制噪聲的目的。但是光電反饋的抑制帶寬存在自身局限，難以獲得全頻帶的強(qiáng)度噪聲抑制，同時(shí)在不斷的調(diào)節(jié)激光栗浦功率時(shí)，容易影響激光的輸出頻率的穩(wěn)定性和激光線寬。激光飽和放大是指利用激光飽和放大器的非線性放大作用，可以將高頻段的強(qiáng)度噪聲進(jìn)行抑制。但是僅僅利用一個(gè)激光飽和放大器，難以抑制低頻段的技術(shù)噪聲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)上述中的不足，提供一種寬頻帶近肖特噪聲極限的單頻光纖激光強(qiáng)度噪聲抑制裝置。通過激光飽和放大裝置結(jié)合光電反饋?zhàn)饔?，從而將光纖激光器的寬頻帶強(qiáng)度噪聲進(jìn)行大幅度的抑制，獲得接近肖特噪聲極限的效果。
[0006]本發(fā)明的目的至少通過如下技術(shù)方案之一實(shí)現(xiàn)。
[0007]—種寬頻帶近肖特噪聲極限的單頻光纖激光強(qiáng)度噪聲抑制裝置，其包括單頻光纖激光諧振腔、波分復(fù)用器、單模半導(dǎo)體栗浦光源、光纖隔離器、偏振控制器、激光飽和放大裝置、光纖濾波模塊、光纖耦合器、光電探測器、反饋控制系統(tǒng)。各部件的結(jié)構(gòu)關(guān)系是:單頻光纖激光諧振腔與波分復(fù)用器的公共端連接，波分復(fù)用器的栗浦端與單模半導(dǎo)體栗浦光源連接，波分復(fù)用器的信號端與光纖隔離器的輸入端連接，偏振控制器的輸入端與光纖隔離器的輸出端連接，激光飽和放大裝置的輸入端連接偏振控制器的輸出端，光纖濾波模塊連接激光飽和放大裝置的輸出端，光纖耦合器的輸入端連接光纖濾波模塊的輸出端，光纖耦合器的輸出小端連接光電探測器，光電探測器的輸出端與反饋控制系統(tǒng)連接，反饋控制系統(tǒng)連接激光飽和放大裝置的調(diào)節(jié)端口構(gòu)成反饋控制回路，光纖耦合器的輸出大端作為噪聲抑制后的激光輸出端。
[0008]進(jìn)一步優(yōu)化地，所述的單頻光纖激光諧振腔的輸出為連續(xù)單頻、頻率調(diào)制的任意波長輸出的單頻激光。
[0009]進(jìn)一步優(yōu)化地，所述的激光飽和放大裝置包括但不限于半導(dǎo)體光放大器，增益光纖放大器、非線性功率放大器等。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)化地，所述的光纖濾波模塊包括但不限于光纖窄帶濾波器、窄帶寬光纖光柵、F-P濾波器等。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)化地，所述的單頻光纖激光諧振腔的輸出激光經(jīng)過激光飽和放大裝置后，由光纖親合器分成兩部分，其中大端激光作為輸出，小端激光被光電探測器轉(zhuǎn)化為電信號，該電信號攜帶了輸出激光的強(qiáng)度噪聲信息，反饋控制系統(tǒng)從接收到的電信號中提取出激光噪聲信號后，經(jīng)過PID控制處理，加載到激光飽和放大裝置的調(diào)節(jié)端口上，通過負(fù)反饋控制的方式降低寬頻帶的激光強(qiáng)度噪聲。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果是:單模半導(dǎo)體栗浦光源輸出的栗浦光經(jīng)波分復(fù)用器對光纖諧振腔進(jìn)行栗浦，從光纖諧振腔經(jīng)波分復(fù)用器輸出的激光信號經(jīng)過光纖隔離器后，進(jìn)入激光飽和放大裝置實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度噪聲的抑制。抑制后的激光輸入至光纖耦合器分成兩部分，其中小部分激光由光電探測器轉(zhuǎn)化為電信號，該電信號攜帶了輸出激光的剩余強(qiáng)度噪聲信息，反饋控制系統(tǒng)從接收到的電信號中提取出激光噪聲信號后，經(jīng)過PID控制處理，加載到激光飽和放大裝置的調(diào)節(jié)端口上，通過負(fù)反饋控制的方式進(jìn)一步降低寬頻帶的激光強(qiáng)度噪聲。與傳統(tǒng)的基于單一工作原理的強(qiáng)度噪聲抑制方案相比，本發(fā)明將光電反饋和激光飽和放大兩種強(qiáng)度噪聲抑制方案相結(jié)合，提供了一種在更大程度更大帶寬上抑制光纖激光器強(qiáng)度噪聲的有效方法。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明一種寬頻帶近肖特噪聲極限的單頻光纖激光強(qiáng)度噪聲抑制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中:I一單頻光纖激光諧振腔，2—波分復(fù)用器，3—單模半導(dǎo)體栗浦光源，4一光纖隔離器，5—偏振控制器，6—激光飽和放大裝置，7—光纖濾波模塊，8—光纖耦合器，9-光電探測器，10—反饋控制