CN114050467A - 一种1.5um FMCW激光光源及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种1.5um FMCW激光光源，包括种子光源、保偏隔离器，混合器件，有源光纤、反射器和输出光纤；所述种子光源、保偏隔离器，混合器件，有源光纤和反射器依次连接；所述输出光纤与混合器件连接；所述激光光源还包括一个泵浦光源或两个泵浦光源；所述泵浦光源为一个时连接混合器件；所述泵浦光源为两个时，分别连接反射器和混合器件。本发明可以同时满足高的电光效率，小的体积，低功耗，同时利用非保偏器件实现保偏输出效果，有效的控制成本。

Description

一种1.5um FMCW激光光源及其控制方法
技术领域
本发明涉及激光雷达领域，具体涉及一种1.5um FMCW激光光源及其控制方法。
背景技术
FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)，即调频连续波。FMCW雷达的原理为发送具有一定带宽、频率线性变化的连续信号，再对接收到的连续信号进行快速傅里叶变换，通过发送与接收信号的频率差来计算两个信号的时间差，由时间差得到对应的距离值。如果被探测物体在运动，则反射信号会有会有频率或波长变化，通过多普勒效应可得出被探测物体的速度。
调频连续波(FMCW)激光雷达与脉冲激光雷达相比，它具有以下优点：不存在距离盲区；抗干扰能量强；峰值功率低。缺点是当前技术直接用DFB半导体激光器作为光源，输出功率不够高（10~100mW），影响了测距量程，如果利用传统的光纤放大器把DFB输出信号光进行放大，会导致功耗大，体积大问题，另外考虑到对光源的保偏要求导致传统放大器成本居高不下。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种1.5um FMCW激光光源及其控制方法，可以同时满足高的电光效率，小的体积，低功耗，同时利用非保偏器件实现保偏输出效果，有效的控制成本。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种1.5um FMCW激光光源，包括种子光源、保偏隔离器，混合器件，有源光纤、反射器和输出光纤；所述种子光源、保偏隔离器，混合器件，有源光纤和反射器依次连接；所述输出光纤与混合器件连接；所述激光光源还包括一个泵浦光源或两个泵浦光源；所述泵浦光源为一个时连接混合器件；所述泵浦光源为两个时，分别连接反射器和混合器件。
进一步的，所述种子光源为DFB窄带光源，带TEC控制，线宽小于100KHZ，所述种子源输出光波长范围：1530nm~1565nm，功率范围：10~100mW，保偏光纤输出。
进一步的，所述混合器件包括偏振光分束器，泵浦光反射膜片和第一双光纤准直器。
进一步的，所述第一双光纤准直器包括两个输出光纤，输出光纤为双包层无源光纤其芯径为10um，内包层直接为105um，另一条输出光纤为多模泵浦光纤，芯径为105um；
进一步的，所述反射器由泵浦反射器，ASE滤波器，45度法拉第旋转器，信号光反射器和第二双光纤准直器组成。
进一步的，所述第二双光纤准直器包括两个光纤，其中一条采用无源双包层光纤，另一条采用用多模光纤；
进一步的，所述有源光纤采用双包层铒镱共掺光纤。
一种1.5um FMCW激光光源的控制方法，所述泵浦光源为两个时，包括以下步骤：
种子光源输出偏振光，从左向右传输，通过混合器件内部的偏振光分束器后，再经过双光纤准直器导入双包层有源光纤的纤芯；
泵浦光源通过第一双光纤准直器和第二光纤准直器经过泵浦反射器和泵浦光反射膜片导入双包层有源光纤的内包层；
偏振光在有源光纤中从左向右传输过程中被放大，同时伴随产生ASE光，放大的信号光和ASE到达最右端，经过第一双光纤准直器进入泵浦反射器，ASE光被ASE滤波器过滤掉；
信号光继续传输通过45度法拉第旋转片，偏振面顺时针旋转45度后被信号光反射器反射回去再次经过45度法拉第旋转片后偏振面再次顺时针旋转45度与偏振光的偏振面刚好正交，成为S光，正交的反射的S光从右向左传输再次经过第一端双光纤准直器后进入有源光纤，再次被放大，传输到混合器件里的偏振光分束器，从另一个正交的偏振端口输出，至此信号光在同一段有源光纤中被放大两次，而且保证了偏振输出。
进一步的，所述泵浦光源为一个时，信号和泵浦同时反射进入同一根光纤，泵浦光源光功率在有源光纤中传输被吸收后剩余的能量在反射器中被反射回有源光纤中重复利用，其中反射器换成单光纤准直器，使用双包层光纤，泵浦光被泵浦反射器回双包层光纤的内包层，信号光被信号光反射器反射回双包层光纤的纤芯。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明采用双泵双程反射放大，利用光的非互易性和磁光效应，使得正向和反向光偏振方向正交，从而使用部分非保偏光纤和器件达到保偏光放大和输出的效果，双程放大减少对有源光纤长度的需求；提高了光-光转换效率，降低了体积、功耗和成本。
附图说明
图1是本发明一实施例中装置结构图；
图2是本发明一实施例中反射器结构示意图；
图3是本发明一实施例中混合器件结构示意图；
图4是本发明另一实施例中装置结构图；
图5是本发明另一实施例中反射器结构示意图；
图中，1-种子光源、2-保偏隔离器、3-混合器件、4-有源光纤、5-反射器、6-泵浦光源、7-输出光纤、5.1-泵浦反射器、5.2-ASE滤波器、5.3-45度法拉第旋转器、5.4-信号光反射器、5.5，5.6-双光纤准直器、3.1-偏振光分束器、3.2-泵浦光反射膜片、3.3，3.4-双光纤准直器、3.5,3.6-保偏光纤准直器。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1和4，本发明提供一种1.5um FMCW激光光源，其包括种子光源1、保偏隔离器2，混合器件3，双包层铒镱共掺光纤4，泵浦光源6、反射器5，输出光纤7；
参照图2，反射器5，由泵浦反射器5.1，ASE滤波器5.2，45度法拉第旋转器5.3，信号光反射器5.4，和双光纤准直器5.5，5.6组成；
参照图3，混合器件3，由偏振光分束器3.1和泵浦光反射膜片3.2，双光纤准直器3.3，3.4和保偏光纤准直器3.5和3.6组成；其中3.3输出光纤为双包层无源光纤其芯径为10um左右，内包层直接为105um，3.4输出光纤为多模泵浦光纤，芯径为105um；优选的，采用三端口光纤准直输入，输出；端口3.5，3.6用保偏单光纤，端口3.3/3/4双光纤输出，双光纤一根是无源双包层光纤，另一根是多模光纤；
优选的 ，在本实施例中，泵浦光源为多模半导体泵浦，波长915nm~976nm，输出功率5-10W；
实施例1：
在本实施例中，假定种子源1输出光为P偏振光，从左向右传输，通过混合器件3内部的偏振光分束器3.1后，再经过准直器3.3导入双包层有源光纤4的纤芯；泵浦光6通过双光纤准直器5.6和3.4经过泵浦光反射膜片5.1和3.2导入双包层有源光纤4的内包层；信号光P偏振光在有源光纤4中从左向右传输过程中被放大，同时伴随产生ASE光，放大的信号光和ASE到达最右端，经过准直器5.5进入反射器5.1，ASE光被滤波器5.2过滤掉，信号光继续传输通过45度法拉第旋转片5.3，偏振面顺时针旋转45度后被反射面5.4反射回去再次经过45度法拉第旋转片5.3后偏振面再次顺时针旋转45度与入射光P光的偏振面刚好正交，成为S光，正交的反射的S光从右向左传输再次经过准直器5.5后进入有源光纤4，再次被放大，传输到混合器件3里的3.1偏振混合器件，从另一个正交的偏振端口7输出，至此信号光在同一段有源光纤中被放大两次，而且保证了偏振输出。
实施例2：
如图4和5所示，本实施例提供另一种单泵放大，信号和泵浦同时反射进入同一根光纤的方案。和方案1类似，在此方案中，多模泵浦6光功率在有源光纤4中传输被吸收后剩余的能量在反射器5中被反射回有源光纤4中重复利用，其中反射器换成单光纤准直器5.7，使用双包层光纤，泵浦光被5.1反射回双包层光纤的内包层，信号光被5.4反射回双包层光纤的纤芯。这种方案可以进一步提高泵浦光利用率，减少功耗。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种1.5um FMCW激光光源，其特征在于，包括种子光源、保偏隔离器，混合器件，有源光纤、反射器和输出光纤；所述种子光源、保偏隔离器，混合器件，有源光纤和反射器依次连接；所述输出光纤与混合器件连接；所述激光光源还包括一个泵浦光源或两个泵浦光源；所述泵浦光源为一个时连接混合器件；所述泵浦光源为两个时，分别连接反射器和混合器件。
2.根据权利要求1所述的一种1.5um FMCW激光光源，其特征在于，所述种子光源为DFB窄带光源，带TEC控制，线宽小于100KHZ，所述种子源输出光波长范围：1530nm~1565nm，功率范围：10~100mW，保偏光纤输出。
3.根据权利要求1所述的一种1.5um FMCW激光光源，其特征在于，所述混合器件包括偏振光分束器，泵浦光反射膜片和第一双光纤准直器。
4.根据权利要求3所述的一种1.5um FMCW激光光源，其特征在于，所述第一双光纤准直器包括两个输出光纤，输出光纤为双包层无源光纤其芯径为10um，内包层直接为105um，另一条输出光纤为多模泵浦光纤，芯径为105um。
5.根据权利要求1所述的一种1.5um FMCW激光光源，其特征在于，所述反射器由泵浦反射器，ASE滤波器，45度法拉第旋转器，信号光反射器和第二双光纤准直器组成。
6.根据权利要求5所述的一种1.5um FMCW激光光源，其特征在于，所述第二双光纤准直器包括两个光纤，其中一条采用无源双包层光纤，另一条采用用多模光纤。
7.根据权利要求1所述的一种1.5um FMCW激光光源，其特征在于，所述有源光纤采用双包层铒镱共掺光纤。
8.一种1.5um FMCW激光光源的控制方法，其特征在于，所述泵浦光源为两个时，包括以下步骤：
种子光源输出偏振光，从左向右传输，通过混合器件内部的偏振光分束器后，再经过双光纤准直器导入双包层有源光纤的纤芯；
泵浦光源通过第一双光纤准直器和第二光纤准直器经过泵浦反射器和泵浦光反射膜片导入双包层有源光纤的内包层；
偏振光在有源光纤中从左向右传输过程中被放大，同时伴随产生ASE光，放大的信号光和ASE到达最右端，经过第一双光纤准直器进入泵浦反射器，ASE光被ASE滤波器过滤掉；
信号光继续传输通过45度法拉第旋转片，偏振面顺时针旋转45度后被信号光反射器反射回去再次经过45度法拉第旋转片后偏振面再次顺时针旋转45度与偏振光的偏振面刚好正交，成为S光，正交的反射的S光从右向左传输再次经过第一端双光纤准直器后进入有源光纤，再次被放大，传输到混合器件里的偏振光分束器，从另一个正交的偏振端口输出，至此信号光在同一段有源光纤中被放大两次，而且保证了偏振输出。
9.根据权利要求8所述的一种1.5um FMCW激光光源的控制方法，其特征在于，所述泵浦光源为一个时，信号和泵浦同时反射进入同一根光纤，泵浦光源光功率在有源光纤中传输被吸收后剩余的能量在反射器中被反射回有源光纤中重复利用，其中反射器换成单光纤准直器，使用双包层光纤，泵浦光被泵浦反射器回双包层光纤的内包层，信号光被信号光反射器反射回双包层光纤的纤芯。
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