具体实施方式

正如前文描述，目前激光器产生的光脉冲无法兼顾窄光谱宽度和亚纳米到几百纳米间脉冲宽度可调的性能。如此，制约了激光脉冲的应用场景和应用范围。针对此问题，本申请实施例中提供了一种激光发射装置及其控制方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

装置实施例

为便于理解本申请实施例中的激光发射装置的工作机理，下面结合图1介绍激光发射装置的工作方式。如图1所示为激光发射装置的工作方式示意图。该激光发射装置为一种注入式的激光器的配合设计。具体地，在激光发射装置中包括：分布式反馈半导体激光器DFB-LD、法布里-珀罗半导体激光器FP-LD和电驱动装置。其中，DFB-LD作为FP-LD的注入源，自DFB-LD出射的光用于注入到FP-LD中。FP-LD的输出端与激光发射装置的输出端连接。电驱动装置用于以直流电信号驱动DFB-LD工作，以及用于以脉冲电信号驱动FP-LD工作；DFB-LD是单模半导体激光器，FP-LD是多模半导体激光器。电驱动装置为FP-LD提供的脉冲电信号的脉冲宽度可调节，其调节目的是调整FP-LD输出的光脉冲的脉冲宽度（以下简称光脉冲宽度）。由于FP-LD输出端与激光发射装置的输出端连接，且两个输出端间不设置改变光脉冲宽度的器件，因此，FP-LD输出的光脉冲宽度等同于激光发射装置输出的光脉冲宽度。实际应用中，如果脉冲电信号的脉冲宽度越大，则激光发射装置输出的光脉冲宽度越大；如果脉冲电信号的脉冲宽度越小，则激光发射装置输出的光脉冲宽度越小。脉冲电信号的脉冲宽度以及重复频率均可以自由、连续地调节。

在激光发射装置中，DFB-LD作为FP-LD的注入源的注入式设计，能够较好地抑制调节光脉冲宽度时产生的弛豫震荡。例如，当延长脉冲宽度时，光脉冲波形比起单纯靠DFB-LD产生激光脉冲的方案的光脉冲波形更加平滑，尖刺明显减少。此外，该方案在延长脉冲宽度方面不需要延长DFB-LD的腔长，即无需增大光子寿命，因此节省了工艺成本。由于激光发射装置中采用了DFB-LD作为注入源，因此这种注入式设计的激光发射装置保留了DFB-LD的优势，可实现较窄的光谱宽度。同时，由于FP-LD与DFB-LD的注入式配合设计对弛豫震荡的抑制作用，使得激光发射装置的光脉冲宽度可以在亚纳米到几百纳米之间自由连续地调节，在此调节范围内都可以获得平滑、稳定的光脉冲波形。

图2展示了不同脉冲宽度的光脉冲波形图。其中，横轴表示时间，纵轴表示光强度，PW表示脉冲宽度。由图2中所示，可以在亚纳秒（即几百皮秒）、数十纳秒、近百纳秒的脉冲宽度下实现脉冲波形。

实际应用中，在通信、光学加工的领域都有可能应用到光信号，需要的光信号类型是多种多样的。例如，在通信中可能应用到混沌状态的光信号，在光学加工中可能应用到平滑、普通的光脉冲，也可能应用到突发脉冲（burst of pulses）。面对如此多样化的使用需求，本申请提供了另一种激光发射装置，通过其中衰减器与温度调控装置的共同作用，使激光发射装置处于需要的工作状态，从而输出所需类型的光信号。

参见图3，该图为本申请实施例提供的另一种激光发射装置的结构示意图。如图3所示的激光发射装置除了包含DFB-LD、FP-LD和电驱动装置，还包括衰减器和温度调控装置。

衰减器用于对DFB-LD注入FP-LD的光功率进行调控；

温度调控装置用于对DFB-LD及FP-LD进行温度控制；

激光发射装置用于在衰减器和温度调控装置的作用下，处于以下工作状态之一：

注入锁定状态、突发脉冲状态和混沌（chaos）状态；其中，注入锁定状态下激光发射装置输出的光脉冲稳定度最高。

激光发射装置用于在衰减器和温度调控装置的作用下处于注入锁定状态、突发脉冲状态和混沌状态，表示输出的光信号的类型由DFB-LD向FP-LD注入的光功率和注入的光波长决定。其中，光功率受到衰减器的调节影响，光波长受到温度调控的影响。

在可选的实现方式中，温度调控装置可以具体包括两个温度调控子装置，如第一温度调控子装置和第二温度调控子装置，以对DFB-LD和FP-LD分别进行温度调控。为了得到不同类型的光信号，可以对DFB-LD使用分辨率为0.1℃的温控，以实现精细的温度调控。并将FP-LD的温度锁定在25℃，保持工作的稳定性。

在注入光功率足够大，达到第一预设功率阈值的情况下（即大于或等于第一预设阈值），无论怎么调节DFB-LD的温度，都可以使激光发射装置一直保持注入锁定状态，从而产生稳定的光脉冲波形和较窄的光谱宽度。

当注入光功率降低到第一预设阈值以下，且处于第二预设功率阈值之上时，随着衰减器对光功率的调控以及温度调控装置对DFB-LD及FP-LD进行温度控制，激光发射装置处于注入锁定状态、突发脉冲状态或混沌状态。其中，第二预设功率阈值低于第一预设功率阈值。实际应用中，第一预设功率阈值和第二预设功率阈值的数值不做具体限定。

在注入光功率越高时，越容易调节激光发射装置处于突发脉冲状态，产生突发脉冲；在注入光功率越低时，越容易调节激光发射装置处于混沌状态，产生混沌光信号。通过调节DFB-LD和/或FP-LD的温度，使DFB-LD的模式位于FP-LD的某两个模式正中间、对齐FP-LD的某个模式或者贴近FP-LD的某个模式。当DFB-LD的模式位于FP-LD的某两个模式正中间，则使激光发射装置处于混沌状态；当DFB-LD的模式对齐FP-LD的某个模式，则使激光发射装置处于注入锁定状态；当DFB-LD的模式贴近FP-LD的某个模式，则使激光发射装置处于突发脉冲状态。

当注入光功率为第二预设功率阈值或以下时，无法压制弛豫振荡，也无法是光谱宽度较窄。此时相当于注入光功率不足，可以视FP-LD为无注入状态。

图4A-图4D分别展示了无注入状态、注入锁定状态、突发脉冲状态和混沌状态这四种状态下激光发射装置输出的光信号波形。图4A所示的波形存在明显弛豫振荡。图4B所示的波形平滑稳定。图4C所示的波形中一个主脉冲内包含多个小脉冲，小脉冲的起伏变化较为规律。图4D所示的波形中小脉冲起伏变化多样化，呈现无规律的形态。

激光发射装置处于突发脉冲状态时，衰减器还用于通过调节光功率改变突发脉冲状态下主脉冲内的小脉冲个数和小脉冲间距。例如，原突发脉冲状态下主脉冲内包括4个小脉冲，即一个电脉冲信号的周期内产生4个小型的光脉冲。但是实际需求发生了变化，例如在光学加工场景中要求一个电脉冲信号的周期内产生8个小型的光脉冲，则通过衰减器对注入光功率的调节可以使突发脉冲的主脉冲内包含8个小脉冲，使脉冲间距缩小。调整后的小脉冲的数量可以依据实际需求来确定，此处不再做限定。

在注入锁定状态，光脉冲宽度最短可达350皮秒，突发脉冲状态下光脉冲宽度最短可达100皮秒，其脉冲宽度连续可调，最长至数百纳秒。光谱宽度可缩窄至0.003纳米。

当脉冲电信号的脉冲宽度相同的条件下，注入锁定状态、突发脉冲状态和混沌状态下激光发射装置输出的光脉冲宽度一致，突发脉冲状态下激光发射装置输出的光脉冲峰值功率为注入锁定状态下激光发射装置输出的光脉冲峰值功率的二倍。从而，以调整出的突发脉冲状态可以满足突发式高峰值功率的使用需求。

本申请实施例中，衰减器可以如图3所示，设置在DFB-LD和FP-LD之间的光传输路径上。通过在该路径上设置衰减器，准确及时地调整对FP-LD注入的光功率。

衰减器的输出端与FP-LD的光输入端可以直接连接，也可以通过一些其他器件间接连接起来。图5为本申请实施例中提供的又一种激光发射装置的结构示意图。如图5所示，在衰减器和FP-LD之间设置有环形器。该环形器包括三个端口，分别命名为第一端口、第二端口以及第三端口。其中，从第一端口接收的光在第二端口输出，从第二端口接收的光在第三端口输出。第一端口用于对接衰减器，第二端口用于对接FP-LD，因此衰减器输出端光经过环形器传输给FP-LD。第三端口用于对接激光发射装置的输出端，因此FP-LD输出的光会经过环形器从第三端口输出，并进一步到达激光发射装置的输出端最终输出。

在本申请实施例中，第一端口与第二端口之间的隔离度达到预设隔离度阈值以上，第二端口与第三端口之间的隔离度也达到预设隔离度阈值以上。作为示例，预设隔离度阈值为22dB。基于预设隔离度阈值对环形器进行选型，最终将满足上述隔离度要求的环形器设置到图5所示的结构中即可。当然，实际应用中还可以根据隔离需求来设定预设隔离度阈值，此处不做数值上的限定。通过以上对环形器端口隔离度的要求，使得激光不易通过环形器的端口反射回DFB-LD中破坏DFB-LD，进而避免影响DFB-LD的出光质量和正常稳定的工作。

本申请实施例中，还可以在图3所示的激光发射装置中FP-LD的一端镀抗反射膜层以抑制向DFB-LD回光。具体地，将FP-LD用于接收DFB-LD注入的一端镀上抗反射膜层。这样，DFB-LD向FP-LD注入的光绝大部分能够进入到FP-LD的腔内，减少了反射回DFB-LD的几率。从而DFB-LD不易受回光破坏，避免影响DFB-LD的出光质量和正常稳定的工作。

从FP-LD直接输出的光可能存在功率较低、强度较弱的问题，在实际应用中如果要使用更大功率、更强光强的光脉冲，则还需要进一步放大。在图5示意的结构中，还可以进一步包含光放大组件。如图6所示的再一种激光发射装置的结构中，光放大组件的输入端对接环形器第三端口，光放大组件的输出端对接激光发射装置的输出端。光放大组件衔接在FP-LD的输出端与激光发射装置的输出端之间，用于将FP-LD产生的光脉冲放大输出。图6示意的光放大组件中包含两个级联的光放大器，实际应用中对于光放大组件中光放大器的数量以及多光放大器的连接方式不做具体限定。

目前大部分MOPA激光器想获得突发脉冲时通常都需要复杂的电路设计，并且能够获得的突发脉冲的形状不可以改变，即可编辑性非常低。而本申请实施例中，无需复杂的电脉冲调制和电路设计便可以获得突发脉冲，且主脉冲中的小脉冲数量可以随衰减器的调节而变化，实现了其形状的可编辑。

基于前述实施例提供的方法，相应地，本申请还提供了一种激光发射装置的控制方法。以下结合实施例和附图进行说明。

方法实施例

图7为本申请实施例提供的一种激光发射装置的控制方法流程图。如图7所示，该方法包括：

S701：确定激光发射装置的目标脉冲宽度和目标重复频率。

此处激光发射装置即是指以上任一装置实施例提供的激光发射装置。具体结构可以参见图1、图3、图5和图6所示。目标脉冲宽度即是指预期该激光发射装置输出的激光脉宽。可以理解的是，目标脉冲宽度应当符合激光发射装置的光脉冲宽度可调节范围。例如，目标脉冲宽度在亚纳米数量级到数百纳米数量级之间取值。

目标重复频率也符合激光发射装置光脉冲重复频率的可调节范围内。目标重复频率是预期该激光发射装置输出的激光脉冲重复频率。

S702：根据目标脉冲宽度参数调节脉冲电信号的脉冲宽度，根据所述目标重复频率调节所述激光发射装置的实际重复频率，以控制激光发射装置输出的光脉冲的脉冲宽度与目标脉冲宽度相对应，并控制所述实际重复频率与所述目标重复频率保持一致。

实际应用中，可以预先光脉冲宽度与驱动FP-LD工作的脉冲电信号的脉宽的映射关系，因此当获知目标脉冲宽度后，基于此映射关系便可以调节脉冲电信号的脉宽，使得最终该激光发射装置输出的光脉冲宽度与目标脉冲宽度相符合。

当然，实际应用中，也可以结合对激光发射装置输出的光脉冲宽度的监测，人工判断，逐渐调整脉冲电信号的脉宽，直到光脉冲的脉冲宽度与目标脉冲宽度相符。

在本申请实施例中，以DFB-LD作为FP-LD的注入源使激光发射装置可以有效抑制弛豫震荡，将光脉冲宽度的可调范围扩大，可从亚纳秒到数百纳秒之间自由调节，同时实现较窄光谱宽度。

面对实际应用中可能出现的多种类型光信号的使用需求，本申请实施例还提供了另一种激光发射装置的控制方法。

参见图8，该图为本申请实施例提供的另一种控制方法的流程图。如图8所示的方法中，包括：

S801-S802与前述实施例中S701-S702的实现方式基本相同，此处不再赘述。需要说明，在该实施例中，激光发射装置包括衰减器和温度调控装置，即可以为图3、图5或图6所示的激光发射装置结构。

S803：确定激光发射装置的目标工作状态。

目标工作状态为以下几种工作状态之一：

注入锁定状态、突发脉冲状态和混沌状态；其中，注入锁定状态下激光发射装置输出的光脉冲稳定度最高。

目标工作状态可以由预期该激光发射装置输出的光信号类型来确定。例如，如果需要其输出正常、平滑、稳定的光脉冲，则目标工作状态为注入锁定状态。如果需要其输出突发脉冲，则目标工作状态为突发脉冲状态。如果需要其输出混沌光信号，则目标工作状态为混沌状态。

S804：通过衰减器和温度调控装置的调控作用，使激光发射装置处于目标工作状态。

结合前文中对于衰减器和温度调控装置的作用描述可知，通过衰减器和温度调控装置的调控作用可以实现激光发射装置在以上三种工作状态的自由切换。如此，当确定目标工作状态后，即可以调节衰减器和温度调控装置，以使激光发射装置处于目标工作状态，输出相应类型的光信号。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于装置实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见装置实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元提示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本申请的一种具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。