波长可调谐激光器技术特点

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可调谐TEA CO2激光器技术

第36卷，增刊红外与激光工程2007年6月、，01．36Suppl咖t I Il行眦d锄d k略e r Engi n∞r i ng J u n．20(17高功率固体激光器关键技术姜东升(固体激光技术国家级重点实验室，北京100015)摘要：高功率固体激光器技术发展迅速，新材料、新体制的固体激光器不断涌现，从而使战术激光武器有望进入电激励的固体激光器时代。

评述和比较了热容型固体激光器、新型二极管泵浦薄板条激光器、光纤激光器等三种高功率固体激光器的技术方案、技术途径和涉及的关键技术，对发展100kw级固体激光器的关键技术和研究基础进行了分析，并对高功率固体激光器及其中间成果的可能应用前景进行了描述。

关键词：热容激光器；薄板条激光器；光纤激光器可调谐T E AC02激光器技术曲彦臣，任德明，赵卫疆，刘逢梅，胡孝勇(哈尔滨工业大学光电子技术研究所，黑龙江哈尔滨150080)摘要：近年发展起来的激光差分吸收雷达用于遥测大气污染状况，可获得大气污染物浓度的时空分布，这对了解大气污染的分布实况、寻找主要大气污染来源、防治大气污染等均有很重要的价值．TE A C02激光器工作在9～11岬l的红外波段，大部分大气污染物和化学物质的特征吸收谱都在此波段内。

高重复率可调谐的Ⅱ’A C02激光器的研制已成为C02激光差分吸收雷达的关键技术。

差分吸收雷达从探测方式上可分为相干探测和直接探测方式，其中直接探测方式又可分为后向地物反射方式和距离分辨方式．早期，由于单台激光器快调谐问题尚未解决，一般都采用多台波长固定的c02激光器组合使用．随着快速调谐技术的发展，差分吸收雷达系统开始采用单台c02激光发射器。

这就使差分吸收雷达系统更加趋于小型化和实用化。

利用符合1E Ac02激光器内多种激光混合气体组分的五温度、六温度模型速率方程理论，详细分析了，I E A c02激光器的动力学过程，确定激光谐振腔初始条件后，计算了激光器的各种输出特性。

一种波长可调谐激光器的应用研究

１分布反馈激光器的特点
ＦＢ激光器阵列和半导体光放大器可调谐分布反馈（ＤＦＢ）激光器是由内含布拉格管芯片包括Ｄ
收稿日期：２０１３ — ０３ — ０９
基金项目：科技部中小企业技术创新基金（编号：１２Ｃ２６２１４５０５６６５）作者简介：蒋列（１９８７一），男，浙江长兴人，在读硕士研究生，研究方向为光器件应用研究。
随着光纤通信网络的发展，特别是ＤＷＤＭ技术光栅来实现光的反馈的，光栅分布在整个谐振腔中，在光通信领域的广泛使用，人们对作为通信光源的光栅是完全均匀对称的，使得其发光出现了两个主激光器提出了更高的要求。目前作为光源的传统激模同时振荡的现象，当外加的电流注入到该激光器光器是固定波长的激光器，通常只提供（１３１０ａｍ、时，有源区内电子空穴对发生复合并有相应能量的１５５０ｎｍ）两个中心波长，如果想输出多个波长，则激光子产生，这些光子将受到光栅的反射，只有当满足光器的成本和体积会相应增加，势必会限制光网络特定波长条件的光才会相干叠加进而发生谐振，实扩展的灵活性。如果用波长可调谐激光器代替传统现单纵模输出【１］。分布反馈ＤＦＢ激光器的工作原理是的固定波长激光器，能够减轻ＤＷＤＷ系统在光源配布拉格反射原理，当激光器工作时，有源区的电子和置与维护上的巨大成本，实现波长资源的充分利用，空穴发生复合，产生一定能量的光子，由布拉格反射能够减轻生产成本，降低管理复杂度，从而提高网络条件得到如公式（１）：系统的性价比。（１）目前经过科研人员多年的研究，可调谐激光器已经取得很大发展。美国Ｅ — ＴＥＫ公司研制了的９８０ｎｍ式中，为光栅周期，取１，Ａ为真空中得光波

可调谐激光器

关键词可调谐激光器波分复用光传输1引言光通信领域传统的光源均是基于固定波长的激光器模块，随着光通信系统的不断发展及应用推广，固定波长激光器的缺点逐渐显露出来：一方面随着DWDM技术的发展，系统中的波长数达到了数十甚至上百，在需要提供保护的场合，每个激光器的备份必须由相同波长的激光器提供，这样导致备份激光器数量增加，成本上升；另一个方面由于固定激光器需要区分波长，因此激光器的类型随着波长数的增加而不断增加，使得管理复杂程度和存货水平；再有如果要支持光网络中的动态波长分配，提高网络灵活性，需要配备大量不同波长的固定激光器，但每只激光器的使用率却很低，造成资源浪费。

针对这些不足，随着半导体及其相关技术的发展，人们成功地研制出可调谐激光器，即在同一个激光器模块上控制输出一定带宽内的不同波长，且这些波长值和间隔均满足ITU-T的要求。

这样，通过使用可调谐激光器作为备份，一个激光器就可以对几个波长甚至整个波段的波长进行备份，从而降低备份成本；由于可调谐激光器不再区分波长，以及其有通用性，从而简化了存货管理和对资金的占用；通过在光网络中部署可调谐激光器，可以根据网络中波长使用的具体情况，动态地选择信号波长，从而以较低的成本实现动态的波长分配和使用，提升光网络的灵活性；此外，具有很调谐速度的可调谐激光器能够支持未来的光分组交换，等等。

因此，鉴于可调谐激光器人有以上诸多优势，业内人士普遍认为，可调谐激光器不久将会取代固定波长激光器在光通信领域的地位。

2原理及特点可调谐激光器从实现技术上看主要分为：电流控制技术、温度控制技术和机械控制技术等类型。

其中电控技术是通过改变注入电流实现波长的调谐，具有ns级调谐速度，较宽的调谐带宽，但输出功率较小，基于电控技术的主要有SG-DBR（采样光栅DBR）和GCSR（辅助光栅定向耦合背向取样反射）激光器。

温控技术是通过改变激光器有源区折射率，从而改变激光器输出波长的。

该技术简单，但速度慢，可调带宽窄，只有几个nm。

1310nm波段可调谐激光器

1310nm 波段可调谐激光器1310nm-Band Tunable Diode Laser型号： Velocity M-6324购入时间： 1999年7月价格： 23,100美元 ( 211工程)制造厂家: 美国New Focus 公司设备编号：B0000503安置地点: 光纤所103室所在单位: 通信学院光纤研究所所在地址: 上海嘉定城中路39号联系人: 姚寿铨联系电话: 69982797该仪器属美国NewFocus 公司Velocity 系列多功能外腔式波长可调激光器，光源波长在1310nm 附近范围（±30nm ）无跳模快速连续可调，波长调节精度高。

输出光强连续可调，最大光功率可达8mW 。

它由驱动控制器和激光头组成一个完整的闭环控制系统，各参数经过精密的标定，由驱动控制器的显示面板实时予以显示，使用操作极为方便。

配有RS-232和GPIB-488接口，可通过计算机联机实时控制，进行波长扫描、频率调制等。

该仪器可用于测量光纤通信器件的宽带特性、偏振模色散和非线性光学研究等方面。

波长调节范围 (Tuning Range): 1280-1340nm最大输出光功率(Typical Max. Power)： 8mW波长粗调最大速度(Max. Coarse Tuning Speed)： 10nm/s波长粗调精度(Coarse Tuning Resolution): 0.02nm波长重复性(Wavelength Repeatability):0.1nm 频率细调范围(Fine-Frequency Tuning Range)： 50GHz(0.29nm)频率细调带宽(Fine-Frequency Modulation BW)： 2kHz电流调制带宽(Current Modulation BW)：100MHz线宽(Linewidth）：<300kHz光通讯器件测试，偏振模色散测量, 气体光谱学研究，非线性光学研究，扫频测量学研究等100元/小时。

可调谐激光吸收光谱技术tdlas

可调谐激光吸收光谱技术（TDLAS，Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy）是一种用于检测和分析气体成分的高分辨率光谱技术。

它的原理基于分子吸收特征和激光的可调谐性，具有高灵敏度和高分辨率的特点，常用于气体分析、环境监测、工业过程控制等领域。

以下是TDLAS技术的关键特点和原理：1. **激光光源**：TDLAS使用可调谐激光器作为光源。

这些激光器可以在特定波长范围内进行调谐，以匹配待测气体的吸收线。

2. **样品室**：待测气体通常通过一个样品室，样品室内包含一个或多个光路，光路中包括激光束的传播路径和检测器。

3. **吸收谱线**：不同气体分子对光的吸收具有特定的谱线，这些谱线对应于分子的能级跃迁。

TDLAS技术选择合适的激光波长，以与待测气体的吸收线匹配。

4. **光强测量**：激光光束穿过样品室，其中的气体分子吸收特定波长的光，使得光强减弱。

在样品室的另一侧，有一个光检测器测量光的强度，用于记录吸收光谱。

5. **数据处理**：通过比较样品室内的光谱和没有气体的基准光谱，可以确定气体的浓度。

数据处理方法通常使用吸收谱线的强度来计算浓度。

TDLAS技术的优点包括：- 高灵敏度：TDLAS可以检测到极低浓度的气体，因此在环境监测和工业过程控制中非常有用。

- 高分辨率：它提供高分辨率的光谱数据，允许精确地分析气体成分。

- 非侵入性：TDLAS不需要物理接触样品，因此适用于对样品不可接触的情况。

- 快速响应：它具有快速响应时间，适用于需要实时监测的应用。

TDLAS技术在气体分析、气候研究、大气科学、化学工程等领域广泛应用，可以提供关键的数据支持和解决实际问题。

可调谐半导体激光吸收光谱技术

可调谐半导体激光吸收光谱技术
可调谐半导体激光吸收光谱技术是一种快速、灵敏、实时、高度
精确和高稳定性的光谱技术，在多种光谱分析技术中有着重要的作用，其主要是靠正反激谱行中的微弱信号进行检测。

可调谐半导体激光吸收光谱的原理是：可调谐半导体激光与吸收
层原料进行激发，产生一种具有能量回转的特殊发光过程，即反激谱行，从而共振吸收的特定吸收态，从而测量物质的吸收强度。

可调谐半导体激光吸收光谱技术有着独特的优势：1.可实现在极
短时间内快速测量；2.具有高灵敏度，能够测量可选择性微弱的吸收
信号；3.具有高稳定性，半导体激光器件抗干扰性良好；4.强度精确
度高，可以检测小于1ppm水平的样品及其中元素含量。

可调谐半导体激光吸收光谱技术由于具有快速、灵敏、实时、高
度精确和高稳定性的特性而在多种光谱分析技术中受到越来越多的关注，可应用于材料、机械、医学、食品等诸多领域。

红外光谱的光源

红外光谱的光源红外光谱的光源是指用于产生红外光的光源装置。

红外光谱的应用广泛，包括材料分析、生物化学、气体检测、环境监测等领域。

在红外光谱的研究和应用中，光源的选择和性能对结果的准确度和可靠性具有重要影响。

本文将从辐射原理、光源类型和特点等方面综述红外光谱的光源。

辐射原理是光源产生红外光的基础。

根据辐射原理，物体具有热辐射能力，其辐射能力与温度有关。

当物体处于高温状态时，其产生的辐射能力比较强，包括可见光和红外光波段。

在红外光谱的研究中，通常选择能够产生较强红外辐射能力的光源。

常见的红外光谱光源主要包括光电子热辐射源（Globar）、Nernst灯、微波等离子体灯和波长可调谐激光器等。

下面将对这些光源进行详细介绍。

光电子热辐射源（Globar）是一种常用的红外光源，它由碳化硅制成，能够在千度级别的高温下产生辐射能力。

Globar具有辐射强度高、辐射能力稳定等特点，适用于一般的红外光谱测量。

Globar的工作温度通常在1100℃左右，产生的红外辐射能力主要集中在1到15微米的波段。

Nernst灯是一种以氧化铈为主要成分的陶瓷灯丝，能够在数百摄氏度的温度下产生红外光。

Nernst灯的工作温度通常在800到1200℃之间，频率范围在1到8微米。

与Globar相比，Nernst灯具有辐射能力更强，而且辐射波长范围更广，适用于一些红外光谱测量中的特殊要求。

微波等离子体灯是利用微波等离子体技术产生红外辐射的光源装置。

它是通过加热和离子化气体而产生红外光。

微波等离子体灯具有辐射强度高、光谱特性稳定等优点，适用于高精度和高分辨率的红外光谱测量。

其主要工作波段在1到15微米之间。

波长可调谐激光器是一种能够产生连续可调谐红外光的光源。

它利用激光器的特殊结构和工作原理，使得红外光的波长可以根据需要进行调节。

波长可调谐激光器通常具有辐射强度高、辐射稳定、调谐范围宽、光束质量好等优点，适用于一些高灵敏度和高分辨率的红外光谱测量。

各功率激光的特点

常见激光技术总结目前常见的激光器按工作介质分气体激光器、固体激光器、半导体激光器、光纤激光器和染料激光器5大类，近来还发展了自由电子激光器。

大功率激光器通常都脉冲方式输出已获得较大的峰值功率。

单脉冲激光指的是几分钟才输出一个脉冲的激光，重频激光指的是每分钟输出几次到每秒输出数百次甚至更高的激光。

一、气体激光器1.He-Ne激光器：典型的惰性气体原子激光器，输出连续光，谱线有632.8nm（最常用），1015nm，3390nm，近来又向短波延伸。

这种激光器输出地功率最大能达到1W，但光束质量很好，主要用于精密测量，检测，准直，导向，水中照明，信息处理，医疗及光学研究等方面。

2.Ar离子激光器：典型的惰性气体离子激光器，是利用气体放电试管内氩原子电离并激发，在离子激发态能级间实现粒子数反转而产生激光。

它发射的激光谱线在可见光和紫外区域，在可见光区它是输出连续功率最高的器件，商品化的最高也达30-50W。

它的能量转换率最高可达0.6%，频率稳定度在3E-11，寿命超过1000h，光谱在蓝绿波段（488/514.5），功率大，主要用于拉曼光谱、泵浦染料激光、全息、非线性光学等研究领域以及医疗诊断、打印分色、计量测定材料加工及信息处理等方面。

3.CO2激光器：波长为9~12um（典型波长10.6um）的CO2激光器因其效率高，光束质量好，功率范围大（几瓦之几万瓦），既能连续又能脉冲等多优点成为气体激光器中最重要的，用途最广泛的一种激光器。

主要用于材料加工，科学研究，检测国防等方面。

常用形式有：封离型纵向电激励二氧化碳激光器、TEA二氧化碳激光器、轴快流高功率二氧化碳激光器、横流高功率二氧化碳激光器。

4.N2分子激光器：气体激光器，输出紫外光，峰值功率可达数十兆瓦，脉宽小于10ns，重复频率为数十至数千赫，作可调谐燃料激光器的泵浦源，也可用于荧光分析，检测污染等方面。

5.准分子激光器：以准分子为工作物质的一类气体激光器件。

tdlas技术原理

tdlas技术原理
TDLAS是Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy的简称，该技术主要是利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性实现对分子的单个或几个距离很近很难分辨的吸收线进行测量。

原理
TDLAS通常是用单一窄带的激光频率扫描一条独立的气体吸收线。

为了实现最高的选择性，分析一般在低压下进行，这时吸收线不会因为压力而加宽。

这种测量方法是Hinkley和Reid提出的，已经发展成为了非常灵敏和常用的大气中痕量气体的监测技术。

它的主要特点包括：
(1) 高选择性，高分辨率的光谱技术，由于分子光谱的“指纹”特征，它不受其它气体的干扰。

这一特性与其它方法相比有明显的优势。

(2) 它是一种对所有在红外有吸收的活跃分子都有效的通用技术，同样的仪器可以方便的改成测量其它组分的仪器，只需要改变激光器和标准气。

由于这个特点，很容易就能将其改成同时测量多组分的仪器。

(3) 它具有速度快，灵敏度高的优点。

在不失灵敏度的情况下，其时间分辨率可以在ms量级。

应用该技术的主要领域有：分子光谱研究、工业过程监测控制、燃烧过程诊断分析、发动机效率和机动车尾气测量、爆炸检测、大气中痕量污染气体监测等。

可调谐半导体激光吸收光谱技术(tdlas)

可调谐半导体激光吸收光谱技术(tdlas)嘿，朋友们！今天咱来聊聊可调谐半导体激光吸收光谱技术，也就是 TDLAS 啦！这玩意儿可神奇着呢，就好像是一把能打开物质秘密之门的神奇钥匙。

你想想看啊，这世界上的各种物质都有它们独特的“身份标识”，就如同我们每个人都有自己的特点一样。

而 TDLAS 呢，就能精准地捕捉到这些物质的特征信息。

它就像是一个超级敏锐的侦探，能在复杂的环境中一下子就找到目标的蛛丝马迹。

比如说，在一些工业生产的过程中，它可以实时监测各种气体的浓度。

哎呀呀，这可太重要了！要是没有它，我们怎么能确保生产过程的安全和高效呢？它能及时发现那些可能会引发问题的气体变化，就像是给我们提前敲响了警钟。

再比如，在环境监测领域，TDLAS 也是大显身手。

它可以检测空气中的污染物啊，让我们清楚地知道我们呼吸的空气到底干不干净。

这就好比是给我们的生活环境安排了一个忠实的守护者，时刻为我们的健康保驾护航。

还有啊，在科研领域，它也是不可或缺的得力助手呢！科学家们用它来探索各种未知的物质和现象，就像是在黑暗中点亮了一盏明灯，指引着他们不断前进。

TDLAS 这项技术，真的是既高深又实用。

它看似离我们普通人很远，但实际上却在默默地影响着我们的生活。

它让我们的世界变得更加安全、更加清洁、更加美好。

你说，它是不是很了不起？是不是值得我们好好去了解和研究呢？咱可不能小瞧了这小小的技术，说不定哪天它就能给我们带来意想不到的大惊喜呢！反正我是对它充满了期待，相信它在未来一定会有更加广泛的应用和发展，为我们的生活带来更多的便利和进步。

怎么样，你是不是也对 TDLAS 有了新的认识和兴趣呢？。

可调谐二极管激光吸收光谱技术

可调谐二极管激光吸收光谱技术
可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS，Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy）是一种高精度非侵入式气体测量技术，可用于气体浓度的快速测量和在线监测。

TDLAS是利用二极管激光器（LD）作为光源，通过吸收光谱学原理来实现测量，具有高分辨率、高灵敏度、快速反应速度、精准度高、适用范围广等优点。

二极管激光器作为激光光源，其输出的激光波长可以调节。

在TDLAS技术中，激光器的波长会根据被测气体的吸收特性，调整到能够被气体吸收的波长上进行测量。

被测气体在这种波长下吸收特定的激光能量，吸收量与气体的浓度成正比。

通过测量被吸收的光线强度，可以计算出气体浓度。

TDLAS技术的另一个重要部分是探头。

探头将激光束聚焦在被测气体附近，使激光与气体相互作用。

为了减少干扰，探头需要在测量位置上安装各种过滤器和衰减器等附件。

另外，还需要考虑探头结构的设计、温度和压力等因素对测量精度的影响。

TDLAS技术的应用非常广泛。

例如，可以用于燃料燃烧过程中的氧气、氮气和水蒸气浓度测量，也可以用于煤矿和石油天然气行业中有害气体的监测和排气口中有害气
体的排放控制。

此外，TDLAS技术还可以应用于医疗诊断、纺织工业和食品质量控制等领域。

总之，TDLAS技术是一种非常有前途的气体浓度测量技术，具有极高的精度和灵敏度。

随着新材料和新技术的不断涌现，TDLAS技术将逐步得到进一步完善和应用拓展，推动行业的发展，并促使更多的领域应用TDLAS技术，如军事、环保和医学等领域。

可调谐激光器及应用

可调谐激光器及应用可调谐激光器是一种可以调整其输出波长的激光器。

这种激光器的输出波长可以通过外部输入，或通过内部调节系统来改变。

可调谐激光器因其具有广泛的应用领域而备受关注。

在本文中，我将介绍可调谐激光器的工作原理、分类以及几个主要的应用领域。

可调谐激光器的工作原理基于光学共振腔的谐振条件。

光学共振腔是由两个反射镜构成的空间，在腔内产生了多次反射，形成一系列光的干涉。

当光的波长满足谐振条件时，干涉叠加效应将使得光在腔内形成驻波。

而可调谐激光器通过调节共振腔的长度或改变反射镜的位置，可以使得不同波长的光满足谐振条件，从而实现输出波长的调节。

根据激光的输出波长范围，可调谐激光器可以分为连续可调谐激光器和离散可调谐激光器两类。

连续可调谐激光器可以在较大的波长范围内连续调节输出波长，通常通过改变共振腔长度或使用光电调制器来实现。

离散可调谐激光器则只能在离散的波长点上进行调节，通常采用多个谐振腔或光栅的构造。

可调谐激光器在许多领域都有广泛的应用。

其中一个主要的应用领域是通信。

在光纤通信系统中，不同波长的光分别承载着不同的信息。

可调谐激光器可以用于光纤通信系统中的光波长调谐，使得不同的信息可以通过不同波长的光传输。

此外，可调谐激光器还可以用于频率携带多路复用（WDM）系统，将多个波长的光信号传输到同一根光纤中，从而提高光纤通信的传输容量。

另外一个重要的应用领域是光谱分析。

可调谐激光器可以用于光谱学研究，通过改变激光器的输出波长来扫描样品吸收或发射的光谱，从而获得样品的化学成分或结构信息。

这种技术被广泛应用于物质分析、环境监测以及生物医学研究等领域。

此外，可调谐激光器还可以应用于医疗领域。

在激光治疗中，不同波长的激光具有不同的组织穿透性和生物学效应。

可调谐激光器可以根据需要选择合适的波长来进行激光治疗，例如用于皮肤科、眼科和牙科等领域的治疗。

除了以上的应用领域，可调谐激光器还可以应用于光存储、光刻、光学传感和光子学实验等领域。

波长可调谐光纤激光器

基金项目：自然科学基金资助项目（０７０１；６３８１）北京市教委共
中图分类号：Ｎ４．Ｔ２８１文献标识码：Ａ
ＷａｅｅｇｈＴｕａｌｂｅｎｓｒｖｌｎｔｎｂｅＦｉｒＲｉｇＬａｅ
ＨｉＹＮｏｊｎＥＬ，ＡＧＢ－ｕ
（ｈｃｏｌｆｃｅｃ，ｅｉｇＵｉｅｉｆｏｔａｄＴｌｏｍｎａｉｓＢｉｎ０８６Ｃｉ）ＴｅＳｈｏｏｉｎｅＢｉｎｎｖｒｔｏｓｎｅｃｍｕｉｔｎ，ｅｉｇ１０７，ｈｎＳｊｓｙＰｓｅｃｏｊａ
波长可调谐光纤激光器
何理，杨伯君
（北京邮电大学理学院，北京１０７）０８６
摘要：已成功研制了一台大功率宽调谐范围光纤激光器，利用主动锁模技术实现了光纤激光器的稳定脉冲输出。实验中调节偏振控制器到合适位置和调制器偏压为３８．Ｖ时，获得了平均输出功率２１０Ｗ，．６ｍ重复率９９０５Ｇｚ中心波长为１６．０ｎ的锁模脉冲输出，出．７７４Ｈ，５１２０ｍ输脉冲中心波长在１２．１１７．３ｎ５８０５— ５１３０ｍ之间连续可调。关键词：主动锁模；调制；掺铒光纤；环形腔
的重复率，宽或者窄脉冲输出等等，并被广泛应用于光子学和光通信领域。以上各种结构的光纤激光器都属于主动锁模或
被动锁模。被动锁模光纤激光器稳定运行范围小，
技公司提供。隔离器保证光在环形腔中单向传输，
一
由于没有主动控制器件，锁模频率难以稳定控制。而主动锁模光纤激光器可以产生高重复率、波长可调谐、无啁啾、近变换极限皮秒或者亚皮秒脉冲序列而受到人们的广泛关注¨ 。这里，Ｊ我们利用主动锁模技术构建了一台大功率、宽可调谐光纤激光器，获得了平均输出功率２１０Ｗ，．６ｍ重复率９９０５Ｇｚ．７－４Ｈ，／

可调谐激光器激光波长宽范围自动偏频锁定

光学精密工程Optics and Precision Engineering第29卷第2期2021年2月Vol. 29 No.2Feb. 2021文章编号 1004-924X(2021)02-0211-09可调谐激光器激光波长宽范围自动偏频锁定谢建东，严利平*,陈本永，杨伟雷(浙江理工大学机械与自动控制学院，浙江杭州310018)摘要：针对激光多波长干涉绝对测距中构建多级合成波长的需求，提出了一种锁至飞秒光频梳的可调谐激光器(Exter nal CavityDiode Laser , ECDL )输出激光波长的宽范围自动偏频锁定方法。

首先，设计了光栅+双凸透镜梳齿滤波的拍频信号探测单元，实现了宽范围ECDL 激光波长与目标梳齿的拍频探测。

接着，采用锁相放大原理对拍频信号进行鉴频鉴相，具备捕获带宽大、鉴相范围宽和鉴相精度高的优点。

然后，利用多重闭环控制实现了 ECDL 输出激光波长宽范围的自动调节及偏频锁定。

实验结果表明，本方法实现了 10 nm 波长范围内ECDL 至光频梳的自动锁定，拍频信号信噪比的平均值约为35. 9 dB ；在4h 内，ECDL 激光频率的标准差为1.49 kHz, 1s 平均时间的相对阿伦方差为4. 76X10"12,满足精密干涉测量中宽范围波长调节和高精度稳频的要求。

关键词：可调谐激光器；激光稳频；偏频锁定；拍频探测；飞秒光频梳；鉴频鉴相器中图分类号：TN248. 4;TN249;TB939 文献标识码：A doi ：10. 37188/OPE. 20212902. 0211Automatic offset -frequency locking of external cavity diode laserin wide wavelength rangeXIE Jian -dong , YAN Li -ping *, CHEN Ben -yong , YANG Wei -lei(College of M echanical Engineering & Auto/nation , Zhejiang Sci -Tech University ,Hangzhou 310018, China )* Corresponding author , E -mail ： yanliping@zstu. edu. cnAbstract ： To construct different synthetic wavelengths for multi -wavelength interferometric absolute dis tance measurements , an automatic offset -frequency locking method was proposed to lock the frequency of a tunable external cavity diode laser (ECDL ) to a femtosecond optical frequency comb (OFC ) in a wide wavelength range. First , based on the grating and double convex lens comb filtering , a beat signal detec tion unit was designed. In addition , the beat signal detection between the ECDL and target comb modes ina wide wavelength range was realized. A phase -frequency detector was then designed based on the princi ple of a lock -in amplifier ； phase -locking with a large capture range , wide monotonic phase range , and highaccuracy was achieved. Finally , multiple closed -loop controls were adopted to realize automatic adjust ment and offset -frequency locking of the ECDL over a wide wavelength range. Experimental results showthat the proposed method can automatically lock the ECDL to OFC in the range of 10 nm ，and the average signal -to -noise ratio of the beat signal is approximately 35. 9 dB. Over 4 h ，the standard deviation of the收稿日期:2020-10-14；修订日期:2020-12-07.基金项目：国家自然科学基金资助项目(No. 51527807, No. 51875530)；国家重点研发计划资助项目(No. 2016YFF0200405)；浙江省自然科学基金资助项目(No.LZ18E05003)212光学精密工程第29卷ECDL laser frequency is approximately1.49kHz,and the relative Allan deviation is approximately4.76X 10_12at1s.The proposed automatic offset-frequency locking method can satisfy the requirements of wide-range wavelength adjustment and high-precision frequency stabilization in precision interferometry.Key words:external cavity diode laser；laser frequency stabilization；offset-frequency locking；beat signal detection；femtosecond optical frequency comb；phase-frequency detector1引言激光多波长干涉绝对距离测量技术中，通常采用多台固定波长激光器或者一台可调谐激光器(External Cavity Diode Laser,ECDL)作为光源，构建从大到小的多级合成波长。

可调激光器原理

可调激光器原理
可调激光器可以根据需要自动调节激光的频率或波长，是一种常用的光学设备。

其原理基于外界的刺激或内部调谐机制，通过改变激光器中光学谐振腔的长度或光学介质的特性来实现频率调节。

在主动调谐的可调激光器中，通常采用电压调谐方法。

其中一个常见的调谐机制是利用光栅，光栅可以通过改变其周期或折射率来改变光学谐振腔的长度，从而影响激光的输出波长。

当外加电压改变光栅的形态时，光栅的周期或折射率也随之改变，从而引起激光输出波长的变化。

被动调谐的可调激光器则利用温度或应变等外界刺激来实现频率调节。

例如，在一些可调激光二极管中，通过在压力或温控器上施加机械压力或调节温度，可以改变激光二极管中的载流子浓度或能带结构，进而调节激光的频率。

此外，还有一种叫做外共振腔可调激光器的设备，其原理是通过粘附谐振腔镜片的一侧来调节光学谐振腔的长度。

当单一侧面的镜片移动时，光学谐振腔长度随之改变，从而导致激光输出频率的变化。

综上所述，可调激光器可以利用外界刺激或内部调谐机制来改变光学谐振腔的长度或光学介质的特性，实现激光的频率调节。

这种特性使得可调激光器在许多应用领域都得到广泛应用，例如光通信、材料加工和医学诊断等。

可调谐激光器原理

可调谐激光器原理
可调谐激光器是一种由特殊的激光材料组成的激光器，可以调节激光输出的光谱特征。

可调谐激光器具有可编程性，可调节其输出功率、波长和半宽等调节参数。

它主要用于光
谱应用，如分光计，光学显微镜，参量分析，换能器测量，可视检测，表面结构显示和光
电电化学记录等。

可调谐激光器的工作原理主要是采用静止流体中的激光介质来提供可调节的激光粒子，其中受到环境因素（如温度）或其他外部因素（如光场）影响。

然后控制可调节激光输出
参数，将激光期调节到所需的特征。

可调谐激光器采用多腔激光结构，该结构由腔室、偏布栅、反射镜和其他激光器组成。

多腔激光室是采用特殊的布置形式，其中包括偏布栅、激光介质和激光腔室。

作用能量的
调制器控制反射镜，且每个腔室中的环境因素也不同。

激光腔室中的激光介质受到Phx和
其他外部因素的影响，偏布栅的输入调制器和腔室环境因素来确定不同的激光输出参数，
包括波长、半宽和输出功率。

可调谐激光器机械调节、激光模块偏振状态参数电容器、光纤衰减器通过控制可调节
激光输出参数，特别是可调节激光器瓦数和调制器元件可以变换激光瓦数和波长，以实现
可调节输出波长，可以根据用户需要和测量对象进行调节。