窄譜線可調諧雷射器

窄譜線可調諧雷射器是譜線寬度窄且頻率可以連續調諧的雷射器。相干光光纖通信系統能否得到普遍套用主要取決於雷射光源技術的發展。

基本介紹

• 中文名：窄譜線可調諧雷射器
• 外文名：narrow linewidthtunablelaser
• 套用學科：光纖通信技術

簡介

一般的半導體雷射器線寬較寬，不能保證單縱模工作。普通分布反饋（DFB）半導體雷射器能單縱模工作的頻率連續調節範圍又較小，也不能完全滿足需要。

要求線寬極窄的系統（如零差系統），實驗中採用半導體外腔窄譜線可調諧雷射器。其結構是將半導體雷射器的一端解理面鍍增透膜，透鏡和一外加反射鏡耦合（一般用衍射光柵作反射鏡，以增加窄帶濾波效應）。由雷射器的另一未鍍膜的解理面和反射鏡面構成一長諧振腔，作為輸出連線埠。雷射器有源層只作為增益介質。由於長外腔的Q值高，可以保證單縱模工作，譜線寬度可做到10kHz以下。用改變外腔長度的方法可以調節頻率（用衍射光柵作反射鏡的，可以轉動衍射光柵，作頻率粗調）。

由於雷射器本身短腔模式的影響不能完全消除，故連續調節範圍就不大。這種結構體積大，還要求很高的機械穩定度等。

單片集成可調諧半導體雷射器是較有實用化前途的器件。其體積小、穩定性好。用多電極的方法對普通雷射器進行改進而得到的。

改變雷射器有源區內的載流子密度可以改變腔內等效折射率，從而改變諧振頻率。普通雷射器必須工作在閾值以上，注入的載流子大部分變為光子，所以不能進行大範圍頻率調諧。用多電極技術可將有源介質區分為幾部分。一部分工作在閾值以上，以提供增益，另外幾部分工作在閾值以下，以便於調節載流子密度。分布反饋雷射器還可將分布光柵移出增益區以便於用注入電流改變反饋波長。分別調節不同電極的工作電流便可在較大範圍內改變雷射器頻率。

窄線寬可調諧雷射器在其它領域中的套用

窄線寬可調諧雷射器不僅在光通信中受到了日益廣泛的重視，在光檢測和光感測領域也大有用武之地，窄線寬雷射器的出現使得超遠距離、超高精度和超高靈敏度的新型感測系統成為可能。在這些新型感測系統中，利用光纖的瑞利後向散射或者自發布里淵後向散射光，從感測區域反射回來的信號光與本振光源進行混合併經光電轉換後產生拍頻信號。拍頻信號可以用電頻譜儀進行分析，這種基於相干檢測的方式能夠獲得高的靈敏度和大的動態範圍，可以廣泛套用于軍事設施、機場以及核電站等領域，大大提升這些地方的安全係數。而在民用領域，遠距離和高靈敏度的感測系統可以套用於輸油管道、高壓電力系統的監控。

圖1 窄線寬雷射器

圖1描述了窄線寬雷射器在頻率調製連續波感測系統中的套用，該系統可以為核電站、輸油管道、軍事基地以及邊境地區提供有效的安全保障，它能夠分辨超過10公里距離的擾動信號。在圖1-5中，由窄線寬雷射器輸出的光束被調製後有部分光束耦合進入固定反射率的參考臂，參考臂在外差相干探測技術中起到本振光源的作用。另一部分光束進入感測光纖用於探測。從感測光纖反射的光束與本地振盪器反射光束相遇生成拍頻，其正比於差分延遲時間。使用電頻譜分析儀測量光電流的拍頻可以獲得感測光纖的距離信息。感測光纖的分布反射信號可以利用最簡單的光纖瑞利背向散射。測量系統很容易得到低至-100dB 的靈敏度。在相干探測結構中，由於光電流拍信號與返回雷射功率的均方根成正比，而且本地振盪器的光束可以用來放大背向散射信號，加諸於光纖上任何形式的擾動，比如壓力、溫度、聲音、振動引起的返回光束變化都可以探測到。

圖1-6為窄線寬雷射器在雷射測距系統中的套用，基於窄線寬雷射器能夠搭建數百公里的雷射測距系統。該系統主要由窄線寬雷射光源、瞄準儀、接收機以及信號分析裝置構成。測距時，窄線寬雷射器的頻率被迅速地線性調製，通過測量參考信號與目標返回信號的光電流拍頻獲得距離新型。因此，雷射光源的線寬或者說相干長度決定了相干反射儀的測量精度和範圍。

圖2 在雷射測距系統中的套用