基於都卜勒振鏡的可調諧光學變頻器的製作方法

2023-05-08 19:50:46

專利名稱：基於都卜勒振鏡的可調諧光學變頻器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於都卜勒振鏡的可調諧光學變頻器，特別涉及一種基於都卜勒振鏡移頻、循環移頻和濾波技術的寬帶調諧的變頻器。
背景技術：
光學頻率下轉換、上轉換的本質是差頻、和頻技術。相比傳統的諧波產生方法，差頻、和頻合成技術系統的最大優勢在於系統便攜、緊湊，同時包含更豐富的頻率成份。目前， 有頻率間距二分法、光學參量振蕩器法、非線性晶體光學法、雷射二極體四波混頻法、光頻梳發生器法等。在這些方法中頻率間距二分法和光頻梳發生器法比較有特色。這兩種方法的宗旨就是將一個大的光學頻率間距分割成若干個與已知頻率成一定關係的更小頻率間距，而這個已知頻率通常可以採用現有手段來測量出來，這為頻率探測技術提供了極其便捷的手段。從另外一個角度來看，如果能夠通過不斷移動可測量的小間距的頻率而最終獲得大間距的任意頻率，而且這些任意的光頻率也能夠得到測量，那將是一件非常不錯的想法。 比如事先知道了某一已知頻率，現在僅在原有頻率ω。的附近實現已知頻率corf的若干次的倍增或倍減，最終通過原有頻率ω。可以得到任意期望的頻率ω。士ncorf。而此時每個頻率的大小又可以通過一個類似於頻率「顯示屏」的濾波器顯示出來。如果真能夠實現該想法，那麼該技術不僅可以滿足光頻測量的要求，而且還可以獲得我們任意需求的光源頻率。為了實現該想法，本發明公開了一種基於都卜勒振鏡的可調諧光學變頻器。該發明將變頻雷射器的結構大大簡化，成本大幅降低，使其龐大的光學實驗室得以小型化-一臺這樣的可調諧光學變頻器就可以取代數十臺到數百臺的雷射器，從而使光學實驗的綜合成本幅度降低，有望在科學研究、工業生產等方面獲得廣泛應用。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種緊湊、便攜，易於集成，寬調諧且調諧效率高的寬帶調諧變頻器。解決本發明技術問題的技術方案是提供一種基於都卜勒振鏡的可調諧光學變頻器，其包括雷射器、第一光隔離器和循環移頻模塊。所述雷射器輸出的光經過第一光隔離器後輸入到所述循環移頻模塊中進行反覆移頻，然後經可調諧濾波器濾波和第二光環行器分離，再從循環移頻模塊的埠輸出變頻光。所述雷射器為工作波長在lOOnm-lOOOOOnm波段內的半導體雷射器、氣體雷射器、
固體雷射器或光纖雷射器。所述基於都卜勒振鏡的可調諧循環移頻模塊的閉環增益係數的最佳值為1，次佳值為1以外的其它正整數值，再次佳值為1以外的其它正整數的倒數值。所述的循環移頻模塊由光耦合器、都卜勒振鏡、平面反射鏡、第一光環行器、光纖布喇格光柵、光放大器、第二光環行器、可調諧濾波器以及第二光隔離器組成。
所述都卜勒振鏡為反射式都卜勒振鏡，用於頻率調製；所述都卜勒振鏡的機械振動由電磁鐵驅動，或由壓電陶瓷驅動的，或由高頻振動電機驅動。所述光纖布喇格光柵的輸出功率不能超過光放大器的最大允許輸入光功率。所述第一光環行器為三埠環行器，第一埠連接平面反射鏡的輸出端，第二埠連接光纖布喇格光柵的輸入端，第三埠連接吸收負載，所述吸收負載吸收光纖布喇格光柵的反射光。所述第二光環行器為三埠環行器，其第一埠連接光放大器的輸出埠，第二埠連接可調諧濾波器的輸入埠，第三埠作為循環移頻模塊的光輸出口。所述基於都卜勒振鏡的可調諧循環移頻模塊中各部件的工工作頻率帶寬不小於循環模塊輸出埠的最高輸出頻率與雷射器光源的頻率差。所述第一光隔離器、基於都卜勒振鏡的可調諧循環移頻模塊中各部件的工作波段與雷射器的工作波段一致。所述可調諧濾波器為窄帶濾波器，將需要濾取的窄帶光反射到第二光環行器的第三埠輸出，而將其它頻率的光透射到第二光隔離器的輸入端，所述變頻器的頻率變化值等於可調諧濾波器的窄帶輸出光的頻率與所述雷射器的輸出光的頻率之差，變頻器的頻率調節範圍不大於可調諧濾波器的窄帶輸出光的頻率可調範圍。所述可調諧濾波器為利用帶缺陷層的一維光子晶體技術或光柵衍射技術所製作成的頻率可調諧濾波器。所述一維光子晶體的光子禁帶區不小於系統輸出的光波的頻率調諧範圍，所述一維光子晶體包含一層折射率可調缺陷層，所述缺陷層的折射率的調節方式包括電致折變、 磁致折變、聲致折變、光致折變、力致折變或熱致折變，所述一維光子晶體具有一缺陷模，所述缺陷模隨所述缺陷層的折射率的變化而變化，實現可調諧濾波的功能。所述光纖布拉格光柵通過選取不同的衍射級次從而獲得可調諧濾波的功能。本發明提供的可調諧光學變頻器體積小，光學元件少，易於集成，成本低，調諧範圍大，調諧效率高，輸出功率高，操作簡單。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。圖1是本發明基於都卜勒振鏡的可調諧光學變頻器的系統結構示意圖。圖2是本發明基於都卜勒振鏡的可調諧光學變頻器的第一種實施方式的示意圖。圖3是本發明基於都卜勒振鏡的可調諧光學變頻器的第二種實施方式的示意圖。
具體實施例方式本發明提供了一種基於都卜勒振鏡的可調諧光學變頻器，如圖1所示，其包括雷射器1、第一光隔離器2和循環移頻模塊3。所述雷射器1輸出的光經過第一光隔離器2後輸入到所述循環移頻模塊3中進行反覆移頻，然後經可調諧濾波器38濾波和第二光環行器 37分離，再從循環移頻模塊的埠 4輸出變頻光。雷射器1為工作波長在lOOnm-lOOOOOnm波段內的半導體雷射器、氣體雷射器、固
體雷射器或光纖雷射器。
基於都卜勒振鏡的可調諧循環移頻模塊3的閉環增益係數的最佳值為1，次佳值為1以外的其它正整數值，再次佳值為1以外的其它正整數的倒數值。循環移頻模塊3由光耦合器31、都卜勒振鏡32、平面反射鏡33、第一光環行器34、 光纖布喇格光柵35、光放大器36、第二光環行器37、可調諧濾波器38以及第二光隔離器39 組成。都卜勒振鏡32為全反射式振鏡，對反射波產生都卜勒頻移，用於頻率調製；所述都卜勒振鏡32的機械振動由電磁鐵驅動，或由壓電陶瓷驅動的，或由高頻振動電機驅動。基於都卜勒振鏡頻移的變頻器原理是所述雷射器1發出的電磁波經過光耦合器 31後注入到都卜勒振鏡32上，當振鏡的運動方向與電磁波的傳輸方向相反時，頻率增大， 反之頻率減小；每經過一次循環，輸出頻率在注入信號光頻率ω。。基礎上改變Δ ω j^aN 次反覆移頻後，可調諧濾波器38輸出頻率為ωε(1±ΝΔ ω的光波，而將其他頻率部分的光波透射到第二光隔離器39的輸入端，經光耦合器31做進行進一步的頻率移動。假定從雷射器1輸出的光波信號沿ζ方向傳播，該輸入信號也稱之為載波信號，該載波信號的電矢量可寫為
權利要求
1.一種基於都卜勒振鏡的可調諧光學變頻器，其特徵在於其包括雷射器(1)、第一光隔離器( 和循環移頻模塊(3)。所述雷射器(1)輸出的光經過第一光隔離器( 後輸入到所述循環移頻模塊( 中進行反覆移頻，然後經可調諧濾波器(38)濾波和第二光環行器 (37)分離，再從循環移頻模塊的埠(4)輸出變頻光。
2.按照權利要求1所述基於都卜勒振鏡的可調諧光學變頻器，其特徵在於所述雷射器(1)為工作波長在lOOnm-lOOOOOnm波段內的半導體雷射器、氣體雷射器、固體雷射器或光纖雷射器。
3.按照權利要求1所述基於都卜勒振鏡的可調諧光學變頻器，其特徵在於所述基於都卜勒振鏡的的可調諧循環移頻模塊⑶的閉環增益係數的最佳值為1，次佳值為1以外的其它正整數值，再次佳值為1以外的其它正整數的倒數值。
4.按照權利要求1所述基於都卜勒振鏡的可調諧光學變頻器，其特徵在於所述的循環移頻模塊(3)由光耦合器(31)、都卜勒振鏡(32)、平面反射鏡(33)、第一光環行器(34)、 光纖布喇格光柵(35)、光放大器(36)、第二光環行器(37)、可調諧濾波器(38)以及第二光隔離器(39)組成。
5.按照權利要求4所述基於都卜勒振鏡的可調諧光學變頻器，其特徵在於所述都卜勒振鏡(3 為全反射式都卜勒振鏡，用於頻率調製；所述都卜勒振鏡(3 的機械振動由電磁鐵驅動，或由壓電陶瓷驅動的，或由高頻振動電機驅動。
6.按照權利要求4所述基於都卜勒振鏡的可調諧光學變頻器，其特徵在於所述光纖布喇格光柵(3 的輸出功率不能超過光放大器(36)的最大允許輸入光功率。
7.按照權利要求4所述基於都卜勒振鏡的可調諧光學變頻器，其特徵在於所述第一光環行器(34)為三埠環行器，第一埠連接平面反射鏡(3 的輸出端，第二埠連接光纖布喇格光柵(3 的輸入端，第三埠連接吸收負載，所述吸收負載吸收光纖布喇格光柵 (35)的反射光。
8.按照權利要求4所述基於都卜勒振鏡的可調諧光學變頻器，其特徵在於所述第二光環行器(37)為三埠環行器，其第一埠連接光放大器(36)的輸出埠，第二埠連接可調諧濾波器(38)的輸入埠，第三埠作為循環移頻模塊(3)的光輸出口。
9.按照權利要求4所述基於都卜勒振鏡的可調諧光學變頻器，其特徵在於所述基於都卜勒振鏡的可調諧循環移頻模塊(3)中各部件的工工作頻率帶寬不小於循環模塊輸出埠(4)的最高輸出頻率與雷射器(1)光源的頻率差。
10.按照權利要求4所述基於都卜勒振鏡的可調諧光學變頻器，其特徵在於所述第一光隔離器O)、基於都卜勒振鏡的可調諧循環移頻模塊(3)中各部件的工作波段與雷射器 (1)的工作波段一致。
11.按照權利要求4所述基於都卜勒振鏡的可調諧光學變頻器，其特徵在於所述可調諧濾波器(38)為窄帶濾波器，將需要濾取的窄帶光反射到第二光環行器(37)的第三埠 (4)輸出，而將其它頻率的光透射到第二光隔離器(39)的輸入端，所述變頻器的頻率變化值等於可調諧濾波器(38)的窄帶輸出光的頻率與所述雷射器(1)的輸出光的頻率之差，變頻器的頻率調節範圍不大於可調諧濾波器(38)的窄帶輸出光的頻率可調範圍。
12.按照權利要求11所述基於都卜勒振鏡的可調諧光學變頻器，其特徵在於所述可調諧濾波器(38)為利用帶缺陷層的一維光子晶體技術或光柵衍射技術所製作成的頻率可調諧濾波器。
13.按照權利要求12所述基於都卜勒振鏡的可調諧光學變頻器，其特徵在於所述一維光子晶體的光子禁帶區不小於系統輸出的光波的頻率調諧範圍，所述一維光子晶體包含一層折射率可調缺陷層，所述缺陷層的折射率的調節方式包括電致折變、磁致折變、聲致折變、光致折變、力致折變或熱致折變，所述一維光子晶體具有一缺陷模，所述缺陷模隨所述缺陷層的折射率的變化而變化，實現可調諧濾波的功能。
全文摘要
本發明提供了一種基於都卜勒振鏡的可調諧光學變頻器，其包括雷射器、第一光隔離器和循環移頻模塊。所述的循環移頻模塊由光耦合器、都卜勒振鏡、平面反射鏡、第一光環行器、光纖布喇格光柵、光放大器、第二光環行器、可調諧濾波器以及第二光隔離器組成。所述雷射器輸出的光經過第一光隔離器後輸入到所述循環移頻模塊中進行反覆移頻，然後經可調諧濾波器濾波和第二光環行器分離，再從循環移頻模塊的埠輸出變頻光。本發明提供的變頻器體積緊湊，光學元件少因而易集成，變頻範圍大，變頻效率高，輸出功率高。
文檔編號G02F1/35GK102540624SQ20111037875
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月23日 優先權日2011年11月23日
發明者歐陽徵標, 祁春超 申請人:歐陽徵標, 深圳大學