一种数字式光谱可控激光种子源的制作方法

1.本实用新型涉及一种激光种子源，具体地说是一种数字式光谱可控激光种子源，属于激光种子源领域。


背景技术：

2.激光种子源在国内为特殊应用领域，国内刚起步，基本满足要求，且以模拟形式为主，暂无数字式种子源产品出现。同时，模拟形式的种子源存在以下问题：一是总体设计上，核心部组件噪声源采用模拟形式，产品一旦定型固化，无法灵活改变影响种子源性能的关键参数，针对不同客户需求，需开发特定产品，工作量大，经济成本高；二是工程化设计方面，模拟形式实现的核心部组件噪声源易被复制，以致整个种子源技术工程保密性不强，易被竞争对手抄袭和针对；三是技术指标还有提升空间。激光种子源在国外也属于特殊应用领域，国外有数字式种子源产品，但价格昂贵，无法满足特殊应用。
3.现有技术中，基本以模拟式激光种子源为主，产品定型后，无法根据需求编辑输出的光谱展宽、波形沿口、光谱形状、带内平坦度等特征，缺乏多次开发功能，尤其在提升激光放大效率及合成效率的科研工作中，缺乏灵活性；模拟式激光种子源的核心器件容易被复制，缺乏工程技术保密手段，容易被抄袭或针对；打破数字式激光种子源被国外技术垄断的局面。现有技术的缺点：一是核心部组件噪声源采用模拟形式，产品定型固化后，无法灵活改变影响种子源性能的关键参数，针对不同客户需求，需开发特定产品，工作量大，经济成本高。二是工程化设计方面，模拟形式实现的核心部组件噪声源易被复制，以致整个种子源技术工程保密性不强，易被竞争对手抄袭和针对。现有技术中，激光放大效率及合成效率还有较大提升空间。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于，设计了一种数字式光谱可控激光种子源，通过采用数字式宽带可调微波噪声源，使其具有多次开发的功能，并可根据需求对光谱赋形，改变数字式光谱可控激光种子源输出的光谱特性，提升激光放大效率及合成效率；同时为技术保密创造了更有利的条件。
5.本实用新型的技术方案为：
6.一种数字式光谱可控激光种子源，由dfb激光器驱动模块、数字式宽带可调微波噪声源、光电相位调制器三个模块组成，所述的dfb激光器驱动模块和数字式宽带可调微波噪声源的输出端与所述光电相位调制器的输入端相连，所述光电相位调制器的输出端为种子源光谱输出。
7.所述dfb激光器驱动模块主要由总控单元和dfb激光器组成，所述总控单元中包括通信控制电路、供电电路、功率驱动、温度控制、驱动电路等。所述通信控制电路中包含有与外部进行通信的串口通信接口，通过所述串口通信接口实现串口通信及供电；所述通信控制电路控制供电电路输出dfb激光器驱动、功率驱动、温度控制、驱动电路等电路所需的工
作电源；所述通信控制电路控制功率驱动、温度控制、驱动电路，实现所述dfb激光器的中心波长及输出功率的控制。
8.所述数字式宽带可调微波噪声源主要由数字式噪声源产生电路、带通滤波器、增益调节/均衡/放大电路、低通滤波器、耦合器、检波器等组成。数字式噪声源产生电路中主要有fpga、存储器、时钟芯片、dac、电源单元、微处理单元mcu等器部件；所述增益调节/均衡/放大电路主要由数控衰减器、均衡器、放大器等组成。所述dfb激光器驱动模块的总控单元与所述dfb激光器、所述数字式宽带可调微波噪声源的数字式噪声源产生电路和增益调节/均衡/放大电路控制相连；外部的通信控制信息通过所述dfb激光器驱动模块的总控单元后，控制所述dfb激光器输出激光信号；同时控制所述数字式宽带可调微波噪声源中的数字式噪声源产生电路，使其产生宽带可调射频信号rfa；然后控制所述数字式宽带可调微波噪声源中的增益调节/均衡/放大电路，宽带可调射频信号rfa经过带通滤波器后对其进行增益调节、均衡及放大；宽带可调射频信号rfa依次经过带通滤波器、数控衰减器、均衡器、放大器、低通滤波器、耦合器后，输出耦合信号及直通信号，其中的耦合信号经过检波器后输出检波信息回传到所述的数字式噪声源产生电路并经过所述dfb激光器驱动模块1中的总控单元上报信息，另外的直通信号rfb与所述dfb激光器输出的激光信号在经过所述光电相位调制器后输出展宽后的激光信号，作为种子源光输出。
9.外部控制及电源通过所述dfb激光器驱动模块的串口通信及供电a输入，经过总控单元后，分别输出电源处理后的各种电压、通信所需的控制代码、功率控制及温度控制的控制信息、驱动电路所需的控制信息，并控制dfb激光器输出包含中心波长、输出光功率等信息的光谱。
10.所述数字式宽带可调微波噪声源根据fpga、存储器、时钟芯片、电源单元、微处理单元mcu等器件，产生或读取存储在存储器中的各种形式或波形的信号，并经过高速dac后输出小功率宽带可调射频信号rfa，宽带可调射频信号rfa再经过增益调节/均衡/放大电路、低通滤波器后输出大功率射频信号rfb，大功率射频信号rfb作为光电相位调制器的射频输入，为其提供足够的半波电压。
11.所述数字式宽带可调微波噪声源通过耦合器及检波器，检测不同温度下输出功率值，再通过fpga控制数控衰减器，使得数字式宽带可调微波噪声源在不同环境下下输出相同的功率值。
12.所述数字式宽带可调微波噪声源根据大功率射频信号rfb的输出带内平坦度，调整产生或存储的波形幅频特性，改善带内平坦度；根据系统需求，通过调整数控衰减器衰减值，调整大功率射频信号rfb的输出功率，实现光谱可控；通过编辑产生或存储的波形形式，修改输出的光谱展宽、波形沿口、光谱形状、带内平坦度等特征。
13.所述数字式宽带可调微波噪声源产生的高斯白噪声，结合数字式宽带可调微波噪声源的硬件电路，调整高斯白噪声的幅度分布，实现光谱赋形，改善光谱带内平坦度，提升激光放大效率及合成效率。
14.所述数字式宽带可调微波噪声源根据需求修改成其他方式的噪声信号，如瑞利分布的噪声信号或均匀分布的噪声信号。
15.优选地，所述数字式宽带可调微波噪声源输出的是高平坦度高斯白噪声。
16.优选地，所述数字式宽带可调微波噪声源通过变换法、拒斥法、递归法等方式，产
生高斯白噪声，并结合数字式宽带可调微波噪声源的硬件电路，监测其输出信号rfb的频谱特性，调整高斯白噪声的幅度分布，实现光谱赋形。
17.优选地，数字式宽带可调微波噪声源通过matlab生产所需的波形，存储到存储器中，再结合fpga及dac实现高平坦度的高斯白噪声的生成、存储、回放及数模转换后输出。
18.优选地，数字式宽带可调微波噪声源通过算法在fpga内部生产所需的波形，再通过dac后实现数模转后输出。
19.优选地，光电相位调制器的射频工作频率范围大于数字式宽带可调微波噪声源输出的工作频率范围。
20.通过监测数字式宽带可调微波噪声源输出的信号，制定补偿系数，并实时修正生成的波形，实现高平坦度的高斯白噪声信号的输出。
21.先采用均衡器将数字式宽带可调微波噪声源单调递减或单调递增的频谱特性大体均衡为水平状或波浪状的频谱后，再通过修改生成的波形进行精确的调整输出带内平坦度。
22.数字式宽带可调微波噪声源通过采用自动增益控制的方式，提高环境适应性能力，提高数字式光谱可控激光种子源输出光谱的稳定性。
23.本实用新型的有益效果为：通过采用数字式宽带可调微波噪声源，使其具有多次开发的功能，并可根据需求对光谱赋形，改变数字式光谱可控激光种子源输出的光谱特性，提升激光放大效率及合成效率；同时为技术保密创造了更有利的条件；
24.灵活改变种子源输出的光谱特性，根据需求编辑输出的光谱展宽、波形沿口、光谱形状、带内平坦度等特征，使得单套种子源具有多次开发、一套种子源实现多套种子源的功能；
25.通过实现光谱赋形，调整种子源的光谱输出特性，提升激光放大效率及合成效率；
26.弥补国内数字式激光种子源的空白，打破数字式激光种子源被国外技术垄断的局面。国外有数字式种子源的产品，但价格昂贵，且无法满足特殊应用需求；国内处于刚起步阶段，且以模拟式激光种子源为主。
27.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
附图说明
28.图1为本实用新型实施例一种数字式光谱可控激光种子源的组成框图。
29.图2为本实用新型实施例的原理框图。
30.图3为本实用新型实施例dfb激光器驱动模块原理框图。
31.图4为本实用新型实施例的光谱赋形前形状。
32.图5为本实用新型实施例的光谱赋形后形状。
具体实施方式
33.以下对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
34.实施例1
35.如图1所示，一种数字式光谱可控激光种子源，由dfb激光器驱动模块1、数字式宽
带可调微波噪声源2、光电相位调制器3三个模块组成，所述的dfb激光器驱动模块1和数字式宽带可调微波噪声源2的输出端与所述光电相位调制器3的输入端相连，所述光电相位调制器3的输出端为种子源光谱输出，其原理框图如图2所示，其中，dfb激光器驱动模块1的原理框图如图3所示。
36.如图3中所示，所述dfb激光器驱动模块1主要由总控单元和dfb激光器组成，所述总控单元中包括通信控制电路、供电电路、功率驱动、温度控制、驱动电路等。所述通信控制电路中包含有与外部进行通信的串口通信接口，通过所述串口通信接口实现串口通信及供电；所述通信控制电路控制供电电路输出dfb激光器驱动、功率驱动、温度控制、驱动电路等电路所需的工作电源；所述通信控制电路控制功率驱动、温度控制、驱动电路，实现所述dfb激光器的中心波长及输出功率的控制。
37.如图2所示，所述数字式宽带可调微波噪声源2主要由数字式噪声源产生电路、带通滤波器、增益调节/均衡/放大电路、低通滤波器、耦合器、检波器等组成。数字式噪声源产生电路中主要有fpga、存储器、时钟芯片、dac、电源单元、微处理单元mcu等器部件；所述增益调节/均衡/放大电路主要由放大器、均衡器、数控衰减器等组成。所述dfb激光器驱动模块1的总控单元与所述dfb激光器、所述数字式宽带可调微波噪声源2的数字式噪声源产生电路和增益调节/均衡/放大电路控制相连；外部的通信控制信息通过所述dfb激光器驱动模块1的总控单元后，控制所述dfb激光器输出激光信号；同时控制所述数字式宽带可调微波噪声源2中的数字式噪声源产生电路，使其产生宽带可调射频信号rfa；然后控制所述数字式宽带可调微波噪声源2中的增益调节/均衡/放大电路，宽带可调射频信号rfa经过带通滤波器后对其进行增益调节、均衡及放大；宽带可调射频信号rfa依次经过带通滤波器、数控衰减器、均衡器、放大器、低通滤波器、耦合器后，输出耦合信号及直通信号，其中的耦合信号经过检波器后输出检波信息回传到所述的数字式噪声源产生电路并经过所述dfb激光器驱动模块1中的总控单元上报信息，另外的直通信号rfb与所述dfb激光器输出的激光信号在经过所述光电相位调制器后输出展宽后的激光信号，作为种子源光输出。
38.如图2、图3所示，外部控制及电源通过所述dfb激光器驱动模块1的串口通信及供电a输入，经过总控单元后，分别输出电源处理后的各种电压、通信所需的控制代码、功率控制及温度控制的控制信息、驱动电路所需的控制信息，并控制dfb激光器输出包含中心波长、输出光功率等信息的光谱。
39.所述数字式宽带可调微波噪声源2根据fpga、存储器、时钟芯片、电源单元、微处理单元mcu等器件，产生或读取存储在存储器中的各种形式或波形的信号，并经过高速dac后输出小功率宽带可调射频信号rfa，宽带可调射频信号rfa再经过增益调节/均衡/放大电路、低通滤波器后输出大功率射频信号rfb，大功率射频信号rfb作为光电相位调制器3的射频输入，为其提供足够的半波电压。
40.所述数字式宽带可调微波噪声源2通过耦合器及检波器，检测不同温度下输出功率值，再通过fpga控制数控衰减器，使得数字式宽带可调微波噪声源2在不同环境下下输出相同的功率值。
41.所述数字式宽带可调微波噪声源2根据大功率射频信号rfb的输出带内平坦度，调整产生或存储的波形幅频特性，改善带内平坦度；根据系统需求，通过调整数控衰减器衰减值，调整大功率射频信号rfb的输出功率，实现光谱可控；通过编辑产生或存储的波形形式，
修改输出的光谱展宽、波形沿口、光谱形状、带内平坦度等特征。
42.如图4、图5所示，所述数字式宽带可调微波噪声源2产生的高斯白噪声，结合数字式宽带可调微波噪声源2的硬件电路，调整高斯白噪声的幅度分布，实现光谱赋形，改善光谱带内平坦度，提升激光放大效率及合成效率。
43.所述数字式宽带可调微波噪声源2根据需求修改成其他方式的噪声信号，如瑞利分布的噪声信号或均匀分布的噪声信号。
44.所述数字式宽带可调微波噪声源2输出的是高平坦度高斯白噪声，为所述的光电相位调制器提供幅度一致性较好的调制信号，使得光电相位调制器折射率的变化趋势比较一致，提高受激布里渊散射效应的阈值，提升激光放大效率及合成效率。
45.所述数字式宽带可调微波噪声源2通过变换法、拒斥法、递归法等方式，产生高斯白噪声，并结合数字式宽带可调微波噪声源2的硬件电路，监测其输出信号rfb的频谱特性，调整高斯白噪声的幅度分布，实现光谱赋形，改善输出光谱的带内平坦度，提升激光放大效率及合成效率。
46.数字式宽带可调微波噪声源2通过matlab生产所需的波形，存储到存储器中，再结合fpga及dac实现高平坦度的高斯白噪声的生成、存储、回放及数模转换后输出，以回放的方式，为光电相位调制器提供指定的调制信号，满足不同的客户需求。
47.数字式宽带可调微波噪声源2通过算法在fpga内部生产所需的波形，再通过dac后实现数模转后输出，以实时生成的方式，为光电相位调制器提供可在线编辑、多元化的调制信号，实现光谱赋形，提升激光放大效率及合成效率。
48.光电相位调制器3的射频工作频率范围大于数字式宽带可调微波噪声源2输出的工作频率范围，以确保数字式宽带可调微波噪声源2输出的射频信号rfb均参与信号调制。
49.通过监测数字式宽带可调微波噪声源2输出的信号，制定补偿系数，并实时修正生成的波形，实现高平坦度的高斯白噪声信号的输出，提升激光放大效率及合成效率。
50.先采用均衡器将数字式宽带可调微波噪声源2单调递减或单调递增的频谱特性大体均衡为水平状或波浪状的频谱后，再通过修改生成的波形进行精确的调整输出的带内平坦度，以降低设计难度，提高生产效率。
51.数字式宽带可调微波噪声源2通过采用自动增益控制的方式，提高环境适应性能力，达到精准控制输出光谱的中心波长、光谱展宽的目的，提升数字式光谱可控激光种子源输出光谱的稳定性，提高光纤放大系统的可靠性。