本發(fā)明涉及激光器穩(wěn)頻，具體地涉及一種基于主動反饋控制的激光穩(wěn)頻裝置。

背景技術(shù)：

1、具有極高頻率穩(wěn)定度的超穩(wěn)激光在科學(xué)測量、相干通信以及頻率計(jì)量等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。但是目前的激光器通過諧振腔振蕩產(chǎn)生，直接產(chǎn)生激光的頻率穩(wěn)定性受到諧振腔穩(wěn)定性影響。激光器的諧振腔是有源腔，腔內(nèi)傳輸?shù)墓庑枰獫M足增益大于損耗才能產(chǎn)生穩(wěn)定激射的光信號，但是同時有源諧振腔容易受到電流噪聲、環(huán)境噪聲以及溫度起伏等因素的影響，造成諧振腔的穩(wěn)定度降低，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)生的激光頻率穩(wěn)定度和線寬的惡化。通過被動的隔振，以及主動溫度控制的方式能夠提升激光器的頻率穩(wěn)定度，但是效果有限。目前商用的激光器的線寬在khz到mhz量級，頻率不穩(wěn)定度一般大于10^-12@1s，難以滿足一些需要較高頻率穩(wěn)定度應(yīng)用場景的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，本發(fā)明提供了一種基于主動反饋控制的激光穩(wěn)頻裝置。

2、本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于主動反饋控制的激光穩(wěn)頻裝置，包括：本振激光器，被配置為產(chǎn)生并輸出激光信號；光相位調(diào)制器，被配置為將微波信號調(diào)制到激光信號上，得到調(diào)制光信號；光濾波器，被配置為對調(diào)制光信號進(jìn)行凹陷濾波，得到凹陷濾波后的光信號；光電探測器，被配置為對凹陷濾波后的光信號進(jìn)行拍頻，得到第一射頻信號；射頻放大器，被配置為對第一射頻信號進(jìn)行放大，得到第二射頻信號；射頻功分器，被配置為將第二射頻信號等功率分路為兩路第三射頻信號，將其中一路第三射頻信號輸入光相位調(diào)制器；反饋控制環(huán)路，被配置為將射頻參考信號與射頻功分器輸入的另一路第三射頻信號混頻，產(chǎn)生誤差信號，基于誤差信號產(chǎn)生反饋信號，將反饋信號輸入本振激光器以調(diào)節(jié)本振激光器輸出的激光信號的頻率。

3、根據(jù)本公開的實(shí)施例，反饋控制環(huán)路包括：混頻器，被配置為將射頻參考信號與射頻功分器輸入的另一路第三射頻信號混頻，提取出本振激光器的中心角頻率相對光濾波器的中心角頻率的變化，得到誤差信號；控制器，被配置為將誤差信號產(chǎn)生反饋信號反饋輸入至本振激光器的電流輸入端口或者調(diào)諧端口，來調(diào)節(jié)本振激光器輸出的激光信號的頻率，本振激光器輸出的激光信號的角頻率等于光濾波器的中心角頻率和振蕩射頻信號的角頻率的差值的絕對值或者兩者之和。

4、根據(jù)本公開的實(shí)施例，裝置還包括：電光調(diào)制器，被配置為將本振激光器輸出的激光信號進(jìn)行調(diào)制后輸入光相位調(diào)制器；反饋控制環(huán)路包括：混頻器，被配置為將射頻參考信號與射頻功分器輸入的另一路第三射頻信號混頻，提取出本振激光器的中心角頻率相對光濾波器的中心角頻率的變化，得到誤差信號；控制器，被配置為將誤差信號產(chǎn)生反饋信號反饋輸入至電光調(diào)制器來調(diào)節(jié)本振激光器輸出的激光信號的頻率，本振激光器輸出的激光信號的頻率等于光濾波器的中心角頻率和振蕩射頻信號的角頻率的差值的絕對值或者兩者之和。

5、根據(jù)本公開的實(shí)施例，反饋控制環(huán)路包括：混頻器，被配置為將射頻參考信號與射頻功分器輸入的另一路第三射頻信號混頻，提取出本振激光器的中心角頻率相對光濾波器的中心角頻率的變化，得到誤差信號；控制器，被配置為基于誤差信號產(chǎn)生反饋信號；合束器，被配置為射頻功分器輸入的一路第三射頻信號與反饋信號合束為一路后反饋輸入至光相位調(diào)制器的射頻輸入端口，來調(diào)節(jié)本振激光器輸出的激光信號的頻率，本振激光器輸出的激光信號的頻率等于光濾波器的中心角頻率和振蕩射頻信號的角頻率的差值的絕對值或者兩者之和。

6、根據(jù)本公開的實(shí)施例，反饋控制環(huán)路包括：分頻器，被配置為將射頻功分器輸入的另一路第三射頻信號進(jìn)行分頻；混頻器，被配置為將射頻參考信號與分頻后的第三射頻信號混頻，提取出本振激光器的中心角頻率相對光濾波器的中心角頻率的變化，得到誤差信號；控制器，被配置為將誤差信號產(chǎn)生反饋信號反饋輸入至本振激光器的電流輸入端口或者調(diào)諧端口，來調(diào)節(jié)本振激光器輸出的激光信號的頻率，本振激光器輸出的激光信號的頻率等于光濾波器的中心角頻率和振蕩射頻信號的角頻率的差值的絕對值或者兩者之和。

7、根據(jù)本公開的實(shí)施例，反饋控制環(huán)路包括：倍頻器，被配置為將射頻功分器輸入的另一路第三射頻信號進(jìn)行倍頻；混頻器，被配置為將射頻參考信號與倍頻后的第三射頻信號混頻，提取出本振激光器的中心角頻率相對光濾波器的中心角頻率的變化，得到誤差信號；控制器，被配置為將誤差信號產(chǎn)生反饋信號反饋輸入至本振激光器的電流輸入端口或者調(diào)諧端口，來調(diào)節(jié)本振激光器輸出的激光信號的頻率，本振激光器輸出的激光信號的頻率等于光濾波器的中心角頻率和射頻振蕩信號的角頻率的差值的絕對值或者兩者之和。

8、根據(jù)本公開的實(shí)施例，裝置還包括：光耦合器，設(shè)置于本振激光器的輸出端與光相位調(diào)制器的輸入端之間，被配置為對本振激光器輸出的激光信號進(jìn)行耦合，輸出與本振激光器的角頻率相同的第一超穩(wěn)激光。

9、根據(jù)本公開的實(shí)施例，裝置還包括：聲光移頻器或強(qiáng)度調(diào)制器或相位調(diào)制器，被配置位對光耦合器輸出的第一超穩(wěn)激光與射頻功分器輸出的一路第三射頻信號進(jìn)行處理，輸出移頻后的第二超穩(wěn)激光。

10、根據(jù)本公開的實(shí)施例，光濾波器還包括一透射濾波端口，透射濾波端口被配置為輸出與光濾波器的中心角頻率相同的第三超穩(wěn)激光，其中，在本振激光器輸出的激光信號的頻率等于光濾波器的中心角頻率和振蕩射頻信號的角頻率差值的絕對值的情況下，第三超穩(wěn)激光包括經(jīng)過光濾波器透射濾波后的調(diào)制光信號的+1階邊帶；在本振激光器輸出的激光信號的頻率等于光濾波器的中心角頻率和振蕩射頻信號的角頻率之和的情況下，第三超穩(wěn)激光包括經(jīng)過光濾波器透射濾波后的調(diào)制光信號的-1階邊帶。

11、根據(jù)本公開的實(shí)施例，光濾波器還包括一凹陷濾波端口，在本振激光器輸出的激光信號的頻率等于光濾波器的中心角頻率和振蕩射頻信號的角頻率差值的絕對值的情況下，凹陷濾波端口配置為輸出凹陷濾波后的調(diào)制光信號的光載波和-1階邊帶；在本振激光器輸出的激光信號的頻率等于光濾波器的中心角頻率和振蕩射頻信號的角頻率之和的情況下，凹陷濾波端口配置為輸出凹陷濾波后的調(diào)制光信號的光載波和+1階邊帶。

12、本發(fā)明提供的基于主動反饋控制的激光穩(wěn)頻裝置，至少具有以下技術(shù)效果：

13、通過反饋控制環(huán)路將射頻參考信號與射頻功分器輸入的第三射頻信號混頻，產(chǎn)生誤差信號，基于誤差信號產(chǎn)生反饋信號，將反饋信號輸入本振激光器以調(diào)節(jié)本振激光器輸出的激光信號的頻率，在反饋環(huán)路的作用下，能夠使頻率保持穩(wěn)定，使得振蕩器系統(tǒng)能一直處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，持續(xù)輸出超穩(wěn)激光。并且反饋環(huán)路能夠?qū)Ρ菊窦す馄鬏敵龅募す庑盘栠M(jìn)行進(jìn)一步相噪抑制，其相位噪聲抑制效果與未反饋控制的抑制效果疊加，使得輸出的超穩(wěn)激光能有更低的相位噪聲。

14、由于反饋控制環(huán)路的加入，鎖定后本振激光器頻率等于光濾波器中心頻率與振蕩射頻信號頻率之和或頻率之差，鎖定之后的本振激光輸出就是超穩(wěn)激光。

15、該裝置獲得的激光頻率具有更大的自由度，通過調(diào)諧光電振蕩器振蕩的射頻頻率，可實(shí)現(xiàn)超穩(wěn)激光頻率的任意頻率調(diào)諧性。

16、該裝置可以同時獲得兩個位于不同頻率的單頻超穩(wěn)激光，其中之一頻率與本振激光器的頻率一致，另外之一的頻率與光學(xué)濾波器的中心頻率一致。

17、該裝置可以對振蕩射頻信號進(jìn)行分頻，降低反饋控制環(huán)路的鎖定難度，提升鎖定后的系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時對于本振激光源本身的頻率穩(wěn)定度的要求進(jìn)一步降低。該裝置還可以對振蕩射頻信號進(jìn)行倍頻，對誤差信號進(jìn)行放大，實(shí)現(xiàn)更高精度的反饋控制。