技術領域

本實用新型涉及自由空間紅外光通信技術、紅外激光光譜技術領域，具體涉及一種基于量子級聯激光器的全光純頻率調制系統。

背景技術

現有技術中，量子級聯激光器作為一種廣泛使用的紅外相干光源，其具有線寬窄、功率高、可在室溫環境下工作等優點。由于中紅外激光在大氣中的傳輸損耗低，使得其具有自由空間光通信的應用優勢；由于中紅外波段覆蓋了絕大多數氣體分子的指紋光譜區，所以使得是對于痕量氣體檢測具有巨大的優勢。頻率調制技術可以調高量子級聯激光器的傳輸帶寬和光譜信號的信噪比，但頻率調制必定伴隨著振幅調制，振幅調制則影響著信號的準確度，所以抑制振幅調制，實現純頻率調制是有著重要應用價值的。

采用光、電結合的方式實現對量子級聯激光器純頻率調制雖然已有報道，然而，電調制的方式受寄生電容的影響，調制速度受到限制，無法實現高速調制，且光、電結合的方式受到激光器電流熱效應，使得量子級聯激光器輸出波長紅移，降低了由光調制引起的激光頻率變化量，大大限制了紅外激光光譜技術和自由空間紅外光通訊技術的發展。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種基于量子級聯激光器的全光純頻率調制系統，解決電調制的方式受寄生電容的影響，調制速度受到限制，且光、電結合的方式受到激光器電流熱效應，使得量子級聯激光器輸出波長紅移，降低了由光調制引起的激光頻率變化量的問題。

本實用新型通過下述技術方案實現：

一種基于量子級聯激光器的全光純頻率調制系統，其特征在于包括量子級聯激光器、高精度電流源、恒溫控制裝置、雙光束調制系統、光束準直器、分束器、傅里葉紅外光譜儀、光束聚焦器、高頻紅外探測器、高精度示波器，其中：

量子級聯激光器：用于產生可見光或近紅外光；

高精度電流源：用于向量子級聯激光器提供直流或者脈寬為Tp、重復頻率為ωr的電流脈沖序列，使得量子級聯激光器工作在直流或脈沖模式下；

恒溫控制裝置：用于為量子級聯激光器提供一個恒定溫度的工作環境，保證量子級聯激光器的穩定工作；

雙光束調制系統：用于對量子級聯激光器輸出的光進行兩種調制，其中一個增大調制，另一個減小調制，并且使得輸出光波長振蕩的幅值與可見光或近紅外光束光強成正比，實現量子級聯激光器的振幅、頻率調制、振幅抑制，實現純頻率調制，并輸出調制后的光波；

光束準直器：對量子級聯激光器輸出的光波進行準直調節并輸出至分束器；

分束器：將光束準直器輸出的光波分成兩束功率相同的光束，其中一束經耦合入傅里葉紅外光譜儀，另一束則經過光束聚焦器聚焦在高頻紅外探測器的探測面上；

傅里葉紅外光譜儀：用于對量子級聯激光器輸出紅外光波長變化的測量；

高頻紅外探測器：將所探測到的光信號轉化成為電信號傳遞給高精度示波器，由高精度示波器實現信號的顯示。

本實用新型的量子級聯激光器可以是法布里-泊羅型量子級聯激光器，也可以是分布反饋型量子級聯激光器，通過高精度電流源向量子級聯激光器提供直流或者脈寬為T_p、重復頻率為ω_r的電流脈沖序列，使得量子級聯激光器工作在直流或脈沖模式下；通過恒溫裝置為量子級聯激光器提供一個恒定溫度的工作環境，保證量子級聯激光器的穩定工作，通過雙光束調制系統對量子級聯激光器輸出的光進行調制，使得量子級聯激光器輸出光波長振蕩的幅值與可見光或近紅外光束光強成正比，實現量子級聯激光器的振幅、頻率調制、以及振幅抑制，實現純頻率調制，調制后的光波經過光束準直器和分束器后，分成兩束功率相同的光束，其中一束經耦合入傅里葉紅外光譜儀，另一束則經過光束聚焦器聚焦在高頻紅外探測器的探測面上，高頻紅外探測器將所探測到的光信號轉化成為電信號傳遞給高精度示波器，由高精度示波器實現信號的顯示，并由高精度電流源做同步觸發，最終獲得的信號可以傳遞給計算機做實時分析、處理、存儲，本實用新型的雙光束調制系統與量子級聯激光器配合后，實現了純頻率調制，相對于現有技術中的光電混合調制方式而言，其調制的速度不受寄生電容的影響而大大提高，也不受激光器電流熱效應影響，解決了量子級聯激光器輸出波長紅移的問題，降低了由光調制引起的激光頻率變化量。

具體地講，所述的雙光束調制系統包括頻率調制光源、振幅調制抑制光源、多路同步輸出半導體激光器驅動、第一光束準直器、第一光束聚焦器、以及第二光束準直器、第二光束聚焦器，其中：