一種基于單光子探測的單頻光纖激光器跳模監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于單光子探測的單頻光纖激光器跳模監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由頻率上轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、濾波去噪系統(tǒng)和單光子探測系統(tǒng)組成，單光子光源與待測單頻光纖激光器分別經(jīng)偏振控制器，進(jìn)入波分復(fù)用器；偏振控制器用于控制兩束光的偏振狀態(tài)；由波分復(fù)用器輸出的兩束光，經(jīng)單模光纖耦合進(jìn)入周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)中，通過非線性和頻過程，產(chǎn)生可探測的和頻光；和頻光由所述準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后，依次經(jīng)二向色鏡、短波通濾波片和長波通濾波片；體布拉格光柵用于實(shí)現(xiàn)窄帶濾波；和頻光通過聚焦透鏡聚焦于硅雪崩光電二極管探測器進(jìn)行探測。本實(shí)用新型對跳模監(jiān)測具有較高的分辨本領(lǐng)，且監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，不需要復(fù)雜的信號解調(diào)系統(tǒng)，易于實(shí)施且成本可控。
【專利說明】
一種基于單光子探測的單頻光纖激光器跳模監(jiān)測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及單頻光纖激光器領(lǐng)域，尤其涉及一種基于單光子探測的對單頻光纖激光器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中縱模跳變現(xiàn)象進(jìn)行在線實(shí)時監(jiān)測的系統(tǒng)。【背景技術(shù)】
[0002]單頻光纖激光器因其具有窄線寬，低噪聲等性能，在相干光通信，大氣遙感和高分辨光譜分析等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。目前，通過對單頻光纖激光器的腔型結(jié)構(gòu)設(shè)計以及高摻雜光纖的研制，實(shí)現(xiàn)了單頻光纖激光器在1M1，1.5WI1和2WI1波段的覆蓋。但在實(shí)際應(yīng)用中，單頻光纖激光器長時間運(yùn)轉(zhuǎn)時偶發(fā)的跳?，F(xiàn)象，將破壞單頻源的高相干性，并增加激光器的相位噪聲，成為了單頻光纖激光器廣泛應(yīng)用的嚴(yán)重制約因素。因此，對單頻光纖激光器的跳?，F(xiàn)象進(jìn)行在線實(shí)時檢測，是單頻光纖激光器研究的重要問題，也是評價單頻光纖激光器性能的重要手段。
[0003]目前已有的縱模監(jiān)測方法主要有F-P干涉儀掃描法(本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知)、延時零拍法等。
[0004]1、F_P干涉儀掃描法是一種常用的縱模特性監(jiān)測方法，通過直接掃描F-P腔的方式來監(jiān)測跳模的頻移方向，但常用F-P干涉儀的分辨率只能達(dá)到MHz量級，同時掃描周期較長而無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測。
[0005]2、延時零拍法在測量單頻光纖激光器的線寬同時，通過檢測拍頻信號來判斷單頻光纖激光器的頻移和跳模特性，劣勢在于，測試系統(tǒng)通常需要使用幾十公里的延遲光纖來消除兩路拍頻信號的相干性，導(dǎo)致測試結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性較差，同時因需要光電檢測放大等裝置，增加了測試系統(tǒng)的復(fù)雜性?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型提供了一種基于單光子探測的單頻光纖激光器跳模監(jiān)測系統(tǒng)，本實(shí)用新型通過監(jiān)測單光子探測系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)對單頻光纖激光器跳模特性的實(shí)時監(jiān)測， 滿足了實(shí)際應(yīng)用中的多種需要，詳見下文描述:
[0007]—種基于單光子探測的單頻光纖激光器跳模監(jiān)測系統(tǒng)，由頻率上轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、濾波去噪系統(tǒng)和單光子探測系統(tǒng)組成。
[0008]所述頻率上轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括:單光子光源、待測單頻光纖激光器、偏振控制器、波分復(fù)用器和周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)；
[0009]所述濾波去噪系統(tǒng)包括:準(zhǔn)直透鏡、二向色鏡、短波通濾波片、長波通濾波片和體布拉格光柵；
[0010]所述單光子探測系統(tǒng)包括:聚焦透鏡和硅雪崩光電二極管探測器；
[0011]所述單光子光源與所述待測單頻光纖激光器分別經(jīng)所述偏振控制器，進(jìn)入波分復(fù)用器;所述偏振控制器用于控制兩束光的偏振狀態(tài)；
[0012]由所述波分復(fù)用器輸出的兩束光，經(jīng)單模光纖耦合進(jìn)入所述周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)中，通過非線性和頻過程，產(chǎn)生可探測的和頻光;所述和頻光由所述準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后，依次經(jīng)所述二向色鏡、所述短波通濾波片和所述長波通濾波片；
[0013]所述體布拉格光柵用于實(shí)現(xiàn)窄帶濾波;所述和頻光通過所述聚焦透鏡聚焦于所述硅雪崩光電二極管探測器進(jìn)行探測。
[0014]本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案的有益效果是:本實(shí)用新型通過利用待測單頻光纖激光器作為栗浦光，與作為信號光的單光子光源進(jìn)行和頻上轉(zhuǎn)換，經(jīng)過濾波去噪，最終進(jìn)入硅雪崩光電二極管探測器進(jìn)行單光子計數(shù);通過檢測單光子探測系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率實(shí)現(xiàn)對單頻光纖激光器跳模特性的實(shí)時監(jiān)測。
[0015]相比于傳統(tǒng)的F-P干涉儀掃描法，依靠于單光子探測系統(tǒng)對轉(zhuǎn)換效率的高靈敏度，本實(shí)用新型對跳模監(jiān)測具有較高的分辨本領(lǐng);此外，相對于延時零拍法，本實(shí)用新型提供的監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，不需要復(fù)雜的信號解調(diào)系統(tǒng)，易于實(shí)施且成本可控。
【附圖說明】
[0016]圖1為基于單光子探測的單頻光纖激光器跳模監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下:
[0018]I:單光子光源；2:待測單頻光纖激光器；
[0019]3:第一偏振控制器；4:第二偏振控制器；
[0020]5:波分復(fù)用器；6:周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)；
[0021]7:準(zhǔn)直透鏡；8: 二向色鏡；
[0022]9:短波通濾波片； 10:長波通濾波片；
[0023]11:體布拉格光柵； 12:聚焦透鏡；
[0024]13:硅雪崩光電二極管探測器。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對本實(shí)用新型實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0026]本實(shí)用新型的技術(shù)原理是基于紅外光信號的單光子探測技術(shù)，通過監(jiān)測單光子探測系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)對待測單頻光纖激光器跳模特性的實(shí)時監(jiān)測。在單光子探測領(lǐng)域，因硅雪崩二極管單光子探測器對可見光波段信號的探測具有探測效率高，暗計數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，可以利用在周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)中的非線性和頻過程，將紅外波段的單光子信號上轉(zhuǎn)換成為可見光進(jìn)行探測。該上轉(zhuǎn)換單光子探測過程對栗浦光的單縱模穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)特性具有較高要求，栗浦光的多縱模運(yùn)轉(zhuǎn)以及跳模現(xiàn)象的發(fā)生，將嚴(yán)重降低單光子探測的轉(zhuǎn)換效率(Pelc J S,Shentu G L,Zhang Q,et al.Up-convers1n of optical signals withmult1-longitudinal-mode pump lasers[J].Physical Review A,2012,86(3):033827.)0
[0027]實(shí)施例1
[0028]為了實(shí)現(xiàn)對單頻光纖激光器的跳模特性的在線、實(shí)時和高靈敏度監(jiān)測，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種基于單光子探測的單頻光纖激光器跳模監(jiān)測系統(tǒng)，參見圖1，該單頻光纖激光器跳模監(jiān)測系統(tǒng)由頻率上轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、濾波去噪系統(tǒng)以及單光子探測系統(tǒng)組成。
[0029]其中，頻率上轉(zhuǎn)換系統(tǒng)件包括:單光子光源1、待測單頻光纖激光器2、第一偏振控制器3、第二偏振控制器4、波分復(fù)用器5和周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)6;
[0030]濾波去噪系統(tǒng)包括:準(zhǔn)直透鏡7、二向色鏡8、短波通濾波片9、長波通濾波片10和體布拉格光柵11;
[0031]單光子探測系統(tǒng)包括:聚焦透鏡12和硅雪崩光電二極管探測器13。
[0032]其中，單光子光源1作為非線性和頻的信號光;待測單頻光纖激光器2作為非線性和頻的栗浦光；周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)6的兩端鍍栗浦光、信號光以及和頻光增透膜，輸入端使用單模光纖耦合，且只允許信號光和栗浦光的基橫模通過;準(zhǔn)直透鏡7和聚焦透鏡12鍍和頻光增透膜;二向色鏡8鍍栗浦光增透、和頻光反射膜。
[0033]單光子光源1與待測單頻光纖激光器2分別經(jīng)第一偏振控制器3和第二偏振控制器 4(即，單光子光源1經(jīng)第一偏振控制器3,待測單頻光纖激光器2經(jīng)第二偏振控制器4)，進(jìn)入波分復(fù)用器5;第一偏振控制器3和第二偏振控制器4分別用于控制兩束光的偏振狀態(tài)，以便在周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)6中達(dá)到良好的相位匹配條件。
[0034]由波分復(fù)用器5輸出的兩束光，經(jīng)單模光纖耦合進(jìn)入周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)6中，通過非線性和頻過程，產(chǎn)生可探測的和頻光;和頻光由準(zhǔn)直透鏡7準(zhǔn)直后，經(jīng)二向色鏡8濾去剩余栗浦光，并經(jīng)短波通濾波片9和長波通濾波片10,濾去栗浦光在周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)6中產(chǎn)生的二次諧波和三次諧波;體布拉格光柵11用于實(shí)現(xiàn)窄帶濾波，有效降低栗浦光產(chǎn)生的拉曼噪聲。[〇〇35] 和頻光經(jīng)前述濾波處理后，通過聚焦透鏡12聚焦于硅雪崩光電二極管探測器13進(jìn)行探測，得到待測單頻光纖激光器2的跳模特性。
[0036]當(dāng)沒有模式跳變發(fā)生時，單光子探測系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率為穩(wěn)定值，監(jiān)測的探測信號為直流信號；當(dāng)待測單頻光纖激光器2發(fā)生跳模時，單光子探測系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率發(fā)生快速變化，前述探測信號為明顯起伏的振蕩信號。
[0037]綜上所述，本實(shí)用新型實(shí)施例通過利用待測單頻光纖激光器作為栗浦光，與作為信號光的單光子光源進(jìn)行和頻上轉(zhuǎn)換，經(jīng)過一系列的濾波去噪，最終進(jìn)入硅雪崩光電二極管探測器進(jìn)行單光子計數(shù);通過檢測單光子探測系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率實(shí)現(xiàn)對單頻光纖激光器跳模特性的實(shí)時監(jiān)測。
[0038]實(shí)施例2
[0039]下面結(jié)合圖1給出本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于單光子探測的單頻光纖激光器跳模監(jiān)測系統(tǒng)的一個具體實(shí)施例，詳見下文描述:
[0040]如圖1所示，單光子光源1為1550nm單光子光源，待測單頻光纖激光器2為1950nm單頻光纖激光器。二者偏振態(tài)分別通過第一偏振控制器3和第二偏振控制器4調(diào)整后，接入 1550/1950nm波分復(fù)用器5,波分復(fù)用器5將栗浦光和信號光合為一束，輸入到周期極化銀酸鋰波導(dǎo)6中。
[0041]周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)6的極化周期19.6wii，工作溫度60°C下對應(yīng)的和頻光波長為 863.57nm，波導(dǎo)兩端鍍有1550nm、1950nm以及和頻光增透膜，輸入端采用單模光纖親合。短波通濾波片9用于濾除栗浦光二次諧波975nm噪聲，長波通濾波片10用于濾除栗浦光三次諧波650nm噪聲。體布拉格光柵中心波長為863 ? 57nm，濾波帶寬為0 ? 05nm。[〇〇42] 和頻光經(jīng)前述濾波處理后，通過聚焦透鏡12聚焦于硅雪崩光電二極管探測器13進(jìn)行探測，通過實(shí)時監(jiān)測和分析探測信號得到待測單頻光纖激光器2的跳模特性:當(dāng)沒有模式跳變發(fā)生時，單光子探測系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率為穩(wěn)定值，監(jiān)測的探測信號為直流信號；當(dāng)待測單頻光纖激光器2發(fā)生跳模時，單光子探測系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率發(fā)生快速變化，前述探測信號為明顯起伏的振蕩信號。
[0043]綜上所述，本實(shí)用新型實(shí)施例通過利用待測單頻光纖激光器作為栗浦光，與作為信號光的單光子光源進(jìn)行和頻上轉(zhuǎn)換，經(jīng)過一系列的濾波去噪處理，最終進(jìn)入硅雪崩光電二極管探測器進(jìn)行單光子計數(shù);通過檢測單光子探測系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率實(shí)現(xiàn)對單頻光纖激光器跳模特性的實(shí)時監(jiān)測。
[0044]本實(shí)用新型實(shí)施例對各器件的型號除做特殊說明的以外，其他器件的型號不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
[0045]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本實(shí)用新型實(shí)施例序號僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。
[0046]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于單光子探測的單頻光纖激光器跳模監(jiān)測系統(tǒng)，由頻率上轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、濾波去噪系統(tǒng)和單光子探測系統(tǒng)組成，其特征在于， 所述頻率上轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括:單光子光源、待測單頻光纖激光器、偏振控制器、波分復(fù)用器和周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)； 所述濾波去噪系統(tǒng)包括:準(zhǔn)直透鏡、二向色鏡、短波通濾波片、長波通濾波片和體布拉格光柵； 所述單光子探測系統(tǒng)包括:聚焦透鏡和硅雪崩光電二極管探測器； 所述單光子光源與所述待測單頻光纖激光器分別經(jīng)所述偏振控制器，進(jìn)入波分復(fù)用器;所述偏振控制器用于控制兩束光的偏振狀態(tài)； 由所述波分復(fù)用器輸出的兩束光，經(jīng)單模光纖耦合進(jìn)入所述周期極化鈮酸鋰波導(dǎo)中，通過非線性和頻過程，產(chǎn)生可探測的和頻光;所述和頻光由所述準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后，依次經(jīng)所述二向色鏡、所述短波通濾波片和所述長波通濾波片； 所述體布拉格光柵用于實(shí)現(xiàn)窄帶濾波;所述和頻光通過所述聚焦透鏡聚焦于所述硅雪崩光電二極管探測器進(jìn)行探測。
【文檔編號】H01S3/00GK205583362SQ201620358159
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月25日
【發(fā)明人】史偉, 付士杰, 史冠男, 張海偉, 姚建銓
【申請人】天津大學(xué)