窄線寬激光器線寬高精度測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種窄線寬激光器線寬高精度測量系統(tǒng)，包括第一光耦合器與第二光耦合器；第一光耦合器的a端口與待測激光光源相連，其b端口通過光電探測器與信號接收單元相連，其c端口通過隔離器與第二光耦合器的f端口相連，其d端口與第二光耦合器的e端口相連；第二光耦合器的g端口經(jīng)光纖延遲線與反射面相連；由反射面外腔反饋而兩次經(jīng)過光纖延遲線的光經(jīng)第二光耦合器的g端口與其f端口的光產(chǎn)生拍頻信號，該拍頻信號經(jīng)第一光耦合器的b端口輸出，并由光電探測器轉(zhuǎn)換為電流信號，該電流信號由信號接收單元接收并獲得相應的洛倫茲線形的光電流譜線；光電流譜線的半高寬即為待測激光光源的線寬。本發(fā)明結構簡單、緊湊，易實現(xiàn)，成本低，精度高。
【專利說明】窄線寬激光器線寬高精度測量系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及激光線寬的測量技術，具體地說是一種窄線寬激光器線寬高精度測量系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著光纖通信網(wǎng)絡、密集波分復用(DWDM)系統(tǒng)和相干光通信系統(tǒng)的發(fā)展，單頻激光器因其線寬窄且與通信系統(tǒng)兼容以及在DWDM進一步擴容上的應用前景受到人們的重視。同時窄線寬光纖激光器因其線寬窄、噪聲低、抗電磁干擾、安全和可遠程控制等特性，廣泛應用于光纖通信、光纖傳感、光纖遙感、礦井檢測及高精密光譜等領域。另外，大功率窄線寬單頻光纖激光器在軍事和測距等領域中也有著重要意義。
[0003]對于窄線寬的光源信號，其輸出譜線的線寬是衡量系統(tǒng)噪聲性能的重要指標。在實際應用中，光源線寬通常在千赫茲量級，這對窄線寬激光器的線寬測量提出了很高的要求。傳統(tǒng)的光頻譜分析儀精度一般都在0.02nm，掃描式法布里-珀羅(F-P)干涉儀的光頻分辨率在兆赫茲量級，均難以滿足測量精度。
[0004]對于線寬在IOMHz以下的光源，常采用傳統(tǒng)的延時自零差法、延時自外差法和布里淵光纖環(huán)形激光器拍頻法。傳統(tǒng)的延時自零差法和延時自外差法的基本原理都是將一路入射光分成兩路，將其中一路光用光纖延時后，使兩路光相拍，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換，在頻譜分析儀上得到相拍后的光電流譜線，從延時光電流譜線確定出激光器線寬。不同的是前者參考光和測試光頻率差為零，整個系統(tǒng)工作在零頻附近，而后者采用聲光調(diào)制器使信號光與參考光產(chǎn)生一定的頻率差，從而使得系統(tǒng)工作在非零頻的中頻附近，便于在測量中數(shù)值的讀取，但是這也使得系統(tǒng)比較復雜，對實驗精確性及成本的要求都很高。另外二者均要求延時光纖長度大于被測激光器的相干長度，而且線寬越窄所使用的光纖越長，否則測量結果將大于實際線寬。布里淵光纖環(huán)形激光器拍頻法是指使待測激光與一束參考光干涉產(chǎn)生拍頻，通過頻譜分析儀測量拍頻寬度，從而得到待測激光的線寬。這是由于作為參考光的布里淵光纖環(huán)形激光器的線寬極窄，所以待測激光譜線中心與零線寬的參考激光頻率之差為拍頻的頻譜中心，而且拍頻寬度與待測激光的線寬相等。該方法使用布里淵光纖環(huán)形激光器的二階Stokes光作為參考激光，而且僅使用IOm左右的光纖，與前兩種方法相比大大簡化了測量裝置。二階Stokes光具有極窄的線寬，因此測量精度高，但是該方法的最大限制是不能測量較寬的激光線寬，而且要獲得二階Stokes光需要較大的注入功率，對于低功率的激光器無法實現(xiàn)測試。其中Stokes散色光定義為一頻率為V1的泵浦光注入光纖時，光波與介質(zhì)晶體結構互作用產(chǎn)生一個頻率為V2的聲振動，在泵浦光的反方向上產(chǎn)生頻移為V3=V1-V2的Stokes散色光。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對上述問題，提供一種窄線寬激光器線寬高精度測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)結構簡單，制作成本低，體積小并且易于實現(xiàn)。[0006]按照本發(fā)明的技術方案:一種窄線寬激光器線寬高精度測量系統(tǒng)，包括第一光耦合器與第二光稱合器，所述第一光稱合器具有a、b、C、d四個端口，所述第二光稱合器具有e、f、g三個端口 ；所述第一光耦合器的a端口與待測激光光源相連，其b端口通過光電探測器與信號接收單元相連，其c端口通過隔離器與所述第二光耦合器的f端口相連，其d端口與所述第二光耦合器的e端口相連；所述第二光耦合器的g端口經(jīng)光纖延遲線與反射面相連；由所述反射面外腔反饋而兩次經(jīng)過所述光纖延遲線的光經(jīng)所述第二光耦合器的g端口與其f端口的光產(chǎn)生拍頻信號，該拍頻信號經(jīng)所述第一光耦合器的b端口輸出，并由所述光電探測器轉(zhuǎn)換為電流信號，該電流信號由所述信號接收單元接收并獲得相應的洛倫茲線形的光電流譜線；所述光電流譜線的半高寬即為所述待測激光光源的線寬。
[0007]所述反射面為耦合器二輸出端融合形成的環(huán)形鏡構成的反射面。
[0008]所述反射面為具有反射特性的馬赫曾德干涉器、法布里-泊羅干涉儀或薩格奈克干涉儀。
[0009]所述反射面為一八度角APC跳線頭與一陶瓷套管表面黏貼介質(zhì)膜構成的外腔。
[0010]所述反射面為一平角PC跳線頭與一陶瓷套管表面黏貼介質(zhì)膜構成具有一定反射率的法布里珀羅腔構成的外腔。
[0011]所述反射面為表面涂有介質(zhì)膜的裸光纖平切面。
[0012]所述介質(zhì)膜為非金屬介質(zhì)膜或金屬介質(zhì)膜；所述非金屬介質(zhì)膜的材料為石墨烯或碳化硅，所述金屬介質(zhì)膜的材料包括金銀銅鐵鋁鋅。
[0013]所述介質(zhì)膜為采用電鍍、化學鍍、脈沖激光沉積、化學氣相沉積、分子束外延、溶膠凝膠、磁控濺射、氧化法、離子注入法、擴散法、電鍍法、涂布法或液相生成法通過鍍膜方法獲得。
[0014]所述信號接收單元采用頻譜分析儀、示波器或數(shù)據(jù)采集卡。
[0015]所述第一光耦合器與所述隔離器之間加入一個聲光移頻器，實現(xiàn)自外差法測量激光線寬系統(tǒng)。
[0016]本發(fā)明的技術效果在于:本發(fā)明采用具有外腔反饋的自零差法測量線寬，結構簡單、緊湊，易實現(xiàn)，成本低，而且相比于傳統(tǒng)的自零差法測量線寬系統(tǒng)，相同長度的光纖延遲線精度更高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的說明。
[0019]圖1中,包括待測激光光源1、第一光I禹合器2、隔離器3、第二光f禹合器4、光纖延遲線5、反射面6、光電探測器7、信號接收單元8。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明是一種基于外腔反饋自零差法的窄線寬激光器線寬高精度測量系統(tǒng)，包括第一光稱合器2與第二光稱合器4,第一光稱合器2具有a、b、C、d四個端口，第二光稱合器4具有e、f> g三個端口 ；第一光稱合器2的a端口與待測激光光源I相連，其b端口通過光電探測器7與信號接收單元8相連，其c端口通過隔離器3與第二光耦合器4的f端口相連，其d端口與第二光耦合器4的e端口相連；第二光耦合器4的g端口經(jīng)光纖延遲線5與反射面6相連。
[0021]待測激光光源I輸出光信號經(jīng)第一光耦合器2后分成兩路光；一路光經(jīng)隔離器3進入第二光耦合器4，另一路光經(jīng)第二光耦合器4和光纖延遲線5導入到反射面6上，經(jīng)反射面6反饋的光信號再次經(jīng)過光纖延遲線5進入第二光耦合器4并與前一路光產(chǎn)生拍頻信號。由反射面6外腔反饋而兩次經(jīng)過光纖延遲線5的光經(jīng)第二光耦合器4的g端口與其f端口的光產(chǎn)生拍頻信號，該拍頻信號經(jīng)第一光耦合器2的b端口輸出，并由光電探測器7轉(zhuǎn)換為電流信號，該電流信號由信號接收單元8接收并獲得相應的洛倫茲線形的光電流譜線；光電流譜線的半高寬即為待測激光光源I的線寬。
[0022]反射面6包括以下類型:1、為耦合器二輸出端融合形成的環(huán)形鏡構成的反射面；2、為具有反射特性的馬赫曾德干涉器、法布里-泊羅干涉儀或薩格奈克干涉儀；3、為一八度角APC跳線頭與一陶瓷套管表面黏貼介質(zhì)膜構成的外腔；4、為一平角PC跳線頭與一陶瓷套管表面黏貼介質(zhì)膜構成具有一定反射率的法布里珀羅腔構成的外腔；5、為表面涂有介質(zhì)膜的裸光纖平切面。
[0023]上述介質(zhì)膜為非金屬介質(zhì)膜或金屬介質(zhì)膜。非金屬介質(zhì)膜的材料為石墨烯或碳化硅，金屬介質(zhì)膜的材料包括金銀銅鐵鋁鋅。
[0024]介質(zhì)膜為采用電鍍、化學鍍、脈沖激光沉積、化學氣相沉積、分子束外延、溶膠凝膠、磁控濺射、氧化法、離子注入法、擴散法、電鍍法、涂布法或液相生成法通過鍍膜方法獲得。
[0025]信號接收單元8采用頻譜分析儀、示波器或數(shù)據(jù)采集卡。信號接收單元8可以為頻譜分析儀獲取洛倫茲曲線的數(shù)據(jù)，也可以為示波器采集電信息再經(jīng)過傅里葉變化獲得洛倫茲曲線，還可以為數(shù)據(jù)采集卡獲取洛倫茲曲線的數(shù)據(jù)。
[0026]第一光耦合器2與隔離器3之間加入一個聲光移頻器，即可實現(xiàn)自外差法測量激光線寬系統(tǒng)。
[0027]單模激光可以認為是一個振幅穩(wěn)定，相位有擾動的準單色電磁場
【權利要求】
1.一種窄線寬激光器線寬高精度測量系統(tǒng)，其特征是:包括第一光耦合器(2)與第二光耦合器(4 )，所述第一光耦合器(2 )具有a、b、c、d四個端口，所述第二光耦合器(4 )具有e、f、g三個端口 ；所述第一光耦合器(2)的a端口與待測激光光源(I)相連，其b端口通過光電探測器(7)與信號接收單元(8)相連，其c端口通過隔離器(3)與所述第二光耦合器(4)的f端口相連，其d端口與所述第二光耦合器(4)的e端口相連；所述第二光耦合器(4)的g端口經(jīng)光纖延遲線(5)與反射面(6)相連；由所述反射面(6)外腔反饋而兩次經(jīng)過所述光纖延遲線(5)的光經(jīng)所述第二光耦合器(4)的g端口與其f端口的光產(chǎn)生拍頻信號，該拍頻信號經(jīng)所述第一光耦合器(2)的b端口輸出，并由所述光電探測器(7)轉(zhuǎn)換為電流信號，該電流信號由所述信號接收單元(8)接收并獲得相應的洛倫茲線形的光電流譜線；所述光電流譜線的半高寬即為所述待測激光光源(I)的線寬。
2.按照權利要求1所述的窄線寬激光器線寬高精度測量系統(tǒng)，其特征是:所述反射面(6)為耦合器二輸出端融合形成的環(huán)形鏡構成的反射面。
3.按照權利要求1所述的窄線寬激光器線寬高精度測量系統(tǒng)，其特征是:所述反射面(6)為具有反射特性的馬赫曾德干涉器、法布里-泊羅干涉儀或薩格奈克干涉儀。
4.按照權利要求1所述的窄線寬激光器線寬高精度測量系統(tǒng)，其特征是:所述反射面(6)為一八度角APC跳線頭與一陶瓷套管表面黏貼介質(zhì)膜構成的外腔。
5.按照權利要求1所述的窄線寬激光器線寬高精度測量系統(tǒng)，其特征是:所述反射面(6)為一平角PC跳線頭與一陶瓷套管表面黏貼介質(zhì)膜構成具有一定反射率的法布里珀羅腔構成的外腔。
6.按照權利要求1所述的窄線寬激光器線寬高精度測量系統(tǒng)，其特征是:所述反射面(6)為表面涂有介質(zhì)膜的裸光纖平切面。
7.按照權利要求4或5或6所述的窄線寬激光器線寬高精度測量系統(tǒng)，其特征是:所述介質(zhì)膜為非金屬介質(zhì)膜或金屬介質(zhì)膜；所述非金屬介質(zhì)膜的材料為石墨烯或碳化硅，所述金屬介質(zhì)膜的材料包括金銀銅鐵鋁鋅。
8.按照權利要求7所述的窄線寬激光器線寬高精度測量系統(tǒng)，其特征是:所述介質(zhì)膜為采用電鍍、化學鍍、脈沖激光沉積、化學氣相沉積、分子束外延、溶膠凝膠、磁控濺射、氧化法、離子注入法、擴散法、電鍍法、涂布法或液相生成法通過鍍膜方法獲得。
9.按照權利要求1所述的窄線寬激光器線寬高精度測量系統(tǒng)，其特征是:所述信號接收單元(8)采用頻譜分析儀、示波器或數(shù)據(jù)采集卡。
10.按照權利要求1所述的窄線寬激光器線寬高精度測量系統(tǒng)，其特征是:所述第一光耦合器(2)與所述隔離器(3)之間加入一個聲光移頻器，實現(xiàn)自外差法測量激光線寬系統(tǒng)。
【文檔編號】G01M11/02GK103674497SQ201310732083
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權日:2013年12月27日
【發(fā)明者】呂亮, 張文華, 杜正婷, 向榮, 楊波, 吳爽, 鄧涵元, 趙力杰, 曹志剛, 劉宇, 俞本立 申請人:安徽大學