窄線寬激光器線寬高精度測(cè)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(cè)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(cè)激光光源相連，其b端口通過(guò)光電探測(cè)器與信號(hào)接收單元相連，其c端口通過(guò)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(guò)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(hào)，該拍頻信號(hào)經(jīng)第一光耦合器的b端口輸出，并由光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，該電流信號(hào)由信號(hào)接收單元接收并獲得相應(yīng)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(cè)激光光源的線寬。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，易實(shí)現(xiàn)，成本低，精度高。
【專利說(shuō)明】窄線寬激光器線寬高精度測(cè)量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光線寬的測(cè)量技術(shù)，具體地說(shuō)是一種窄線寬激光器線寬高精度測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著光纖通信網(wǎng)絡(luò)、密集波分復(fù)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(jìn)一步擴(kuò)容上的應(yīng)用前景受到人們的重視。同時(shí)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(yuǎn)程控制等特性，廣泛應(yīng)用于光纖通信、光纖傳感、光纖遙感、礦井檢測(cè)及高精密光譜等領(lǐng)域。另外，大功率窄線寬單頻光纖激光器在軍事和測(cè)距等領(lǐng)域中也有著重要意義。
[0003]對(duì)于窄線寬的光源信號(hào)，其輸出譜線的線寬是衡量系統(tǒng)噪聲性能的重要指標(biāo)。在實(shí)際應(yīng)用中，光源線寬通常在千赫茲量級(jí)，這對(duì)窄線寬激光器的線寬測(cè)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(jí)，均難以滿足測(cè)量精度。
[0004]對(duì)于線寬在IOMHz以下的光源，常采用傳統(tǒng)的延時(shí)自零差法、延時(shí)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(shí)自零差法和延時(shí)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(shí)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(shí)光電流譜線確定出激光器線寬。不同的是前者參考光和測(cè)試光頻率差為零，整個(gè)系統(tǒng)工作在零頻附近，而后者采用聲光調(diào)制器使信號(hào)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(cè)量中數(shù)值的讀取，但是這也使得系統(tǒng)比較復(fù)雜，對(duì)實(shí)驗(yàn)精確性及成本的要求都很高。另外二者均要求延時(shí)光纖長(zhǎng)度大于被測(cè)激光器的相干長(zhǎng)度，而且線寬越窄所使用的光纖越長(zhǎng)，否則測(cè)量結(jié)果將大于實(shí)際線寬。布里淵光纖環(huán)形激光器拍頻法是指使待測(cè)激光與一束參考光干涉產(chǎn)生拍頻，通過(guò)頻譜分析儀測(cè)量拍頻寬度，從而得到待測(cè)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(cè)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(cè)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(jiǎn)化了測(cè)量裝置。二階Stokes光具有極窄的線寬，因此測(cè)量精度高，但是該方法的最大限制是不能測(cè)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(duì)于低功率的激光器無(wú)法實(shí)現(xiàn)測(cè)試。其中Stokes散色光定義為一頻率為V1的泵浦光注入光纖時(shí)，光波與介質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)互作用產(chǎn)生一個(gè)頻率為V2的聲振動(dòng)，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(duì)上述問(wèn)題，提供一種窄線寬激光器線寬高精度測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本低，體積小并且易于實(shí)現(xiàn)。[0006]按照本發(fā)明的技術(shù)方案:一種窄線寬激光器線寬高精度測(cè)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(gè)端口，所述第二光稱合器具有e、f、g三個(gè)端口 ；所述第一光耦合器的a端口與待測(cè)激光光源相連，其b端口通過(guò)光電探測(cè)器與信號(hào)接收單元相連，其c端口通過(guò)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(guò)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(hào)，該拍頻信號(hào)經(jīng)所述第一光耦合器的b端口輸出，并由所述光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，該電流信號(hào)由所述信號(hào)接收單元接收并獲得相應(yīng)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(cè)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(gòu)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(gòu)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(gòu)成具有一定反射率的法布里珀羅腔構(gòu)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(xué)鍍、脈沖激光沉積、化學(xué)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(kuò)散法、電鍍法、涂布法或液相生成法通過(guò)鍍膜方法獲得。
[0014]所述信號(hào)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(gè)聲光移頻器，實(shí)現(xiàn)自外差法測(cè)量激光線寬系統(tǒng)。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)效果在于:本發(fā)明采用具有外腔反饋的自零差法測(cè)量線寬，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，易實(shí)現(xiàn)，成本低，而且相比于傳統(tǒng)的自零差法測(cè)量線寬系統(tǒng)，相同長(zhǎng)度的光纖延遲線精度更高。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0019]圖1中,包括待測(cè)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(cè)器7、信號(hào)接收單元8。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明是一種基于外腔反饋?zhàn)粤悴罘ǖ恼€寬激光器線寬高精度測(cè)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(gè)端口，第二光稱合器4具有e、f> g三個(gè)端口 ；第一光稱合器2的a端口與待測(cè)激光光源I相連，其b端口通過(guò)光電探測(cè)器7與信號(hào)接收單元8相連，其c端口通過(guò)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(cè)激光光源I輸出光信號(hào)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(jìn)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(dǎo)入到反射面6上，經(jīng)反射面6反饋的光信號(hào)再次經(jīng)過(guò)光纖延遲線5進(jìn)入第二光耦合器4并與前一路光產(chǎn)生拍頻信號(hào)。由反射面6外腔反饋而兩次經(jīng)過(guò)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(hào)，該拍頻信號(hào)經(jīng)第一光耦合器2的b端口輸出，并由光電探測(cè)器7轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，該電流信號(hào)由信號(hào)接收單元8接收并獲得相應(yīng)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(cè)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(gòu)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(gòu)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(gòu)成具有一定反射率的法布里珀羅腔構(gòu)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(xué)鍍、脈沖激光沉積、化學(xué)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(kuò)散法、電鍍法、涂布法或液相生成法通過(guò)鍍膜方法獲得。
[0025]信號(hào)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(hào)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(guò)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(gè)聲光移頻器，即可實(shí)現(xiàn)自外差法測(cè)量激光線寬系統(tǒng)。
[0027]單模激光可以認(rèn)為是一個(gè)振幅穩(wěn)定，相位有擾動(dòng)的準(zhǔn)單色電磁場(chǎng)
【權(quán)利要求】
1.一種窄線寬激光器線寬高精度測(cè)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(gè)端口，所述第二光耦合器(4 )具有e、f、g三個(gè)端口 ；所述第一光耦合器(2)的a端口與待測(cè)激光光源(I)相連，其b端口通過(guò)光電探測(cè)器(7)與信號(hào)接收單元(8)相連，其c端口通過(guò)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(guò)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(hào)，該拍頻信號(hào)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(cè)器(7)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，該電流信號(hào)由所述信號(hào)接收單元(8)接收并獲得相應(yīng)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(cè)激光光源(I)的線寬。
2.按照權(quán)利要求1所述的窄線寬激光器線寬高精度測(cè)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(gòu)成的反射面。
3.按照權(quán)利要求1所述的窄線寬激光器線寬高精度測(cè)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(quán)利要求1所述的窄線寬激光器線寬高精度測(cè)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(gòu)成的外腔。
5.按照權(quán)利要求1所述的窄線寬激光器線寬高精度測(cè)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(gòu)成具有一定反射率的法布里珀羅腔構(gòu)成的外腔。
6.按照權(quán)利要求1所述的窄線寬激光器線寬高精度測(cè)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(quán)利要求4或5或6所述的窄線寬激光器線寬高精度測(cè)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(quán)利要求7所述的窄線寬激光器線寬高精度測(cè)量系統(tǒng)，其特征是:所述介質(zhì)膜為采用電鍍、化學(xué)鍍、脈沖激光沉積、化學(xué)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(kuò)散法、電鍍法、涂布法或液相生成法通過(guò)鍍膜方法獲得。
9.按照權(quán)利要求1所述的窄線寬激光器線寬高精度測(cè)量系統(tǒng)，其特征是:所述信號(hào)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(quán)利要求1所述的窄線寬激光器線寬高精度測(cè)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(gè)聲光移頻器，實(shí)現(xiàn)自外差法測(cè)量激光線寬系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】G01M11/02GK103674497SQ201310732083
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:安徽大學(xué)