[發明專利]全光纖激光噪聲過濾裝置

有效

• 申請號: 201310014845.1
• 申請日: 2013-01-16
• 公開（公告）號: CN103078241A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 李永民;王旭陽;彭堃墀
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/10
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 楊耀田

技術領域

本發明涉及光學精密測量和量子光學、量子信息領域，具體是一種全光纖激光噪聲過濾裝置。

背景技術

在光學精密測量領域，如引力波探測、頻率調制光譜技術等，以及量子光學，量子信息領域，如非經典量子態制備、量子密碼等，都需要用到高性能的單頻激光光源。利用達到標準量子噪聲極限的激光光場作為光源，將會極大改善光學精密測量的測量精度，提高量子光學、量子信息領域中糾纏態光場的糾纏度等。通常的單頻激光器輸出的激光光場并非理想的相干態光場，而是存在著高于標準量子噪聲極限的額外起伏噪聲。例如，對于Nd:YAG固體激光器和Er摻雜光纖激光器等，在低頻范圍（MHz）就存在著很大的激光弛豫振蕩噪聲，因此需要對該起伏噪聲進行有效的過濾和改善，使其接近或達到標準量子噪聲極限。光電負反饋技術可以用來實現激光噪聲在低頻范圍的抑制，其原理是對激光器輸出激光的一小部分進行光電探測，然后將測量到的電信號以適當的增益和相位反饋到激光器的泵浦二極管的驅動電流上，對激光的強度進行主動控制，從而實現激光強度噪聲的抑制。該方法的不足之處是裝置較復雜，需要對激光器本身進行干預和操作，穩定性不高，而且不能獲得標準量子噪聲極限的輸出激光。

窄線寬無源腔技術是實現激光噪聲抑制的另一類有效方法，該方法不需要對激光器本身進行任何干預和操作，同時還能實現標準量子噪聲極限的輸出激光。Nguyen等人[M.B.Gray，J.H.Chow，K.McKenzie,andD.E.McClelland,IEEE?Photon.Technol.Lett.19,1063(2007)]利用基于光纖的環形諧振腔方案對單頻光纖激光器輸出激光的額外起伏噪聲進行了過濾，該方案具有裝置小型化、穩定性好和低成本的特點，有效解決了采用常規體光學器件的缺點：需要昂貴的高反射率腔鏡、龐大的真空設備及復雜的腔長鎖定裝置等。該方案的不足之處是：光纖諧振腔存在著相對較大的內腔損耗，難以獲得高的精細度，為了得到極窄的線寬，就需要采用很長的光纖（百米量級），此時，光纖諧振腔內的非線性效應-受激布里淵散射就會對入射激光功率造成很大限制，使得有效的入射激光功率只能在百微瓦量級，大大限制了該方案在較高激光功率情況下的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種全光纖激光噪聲過濾裝置，該裝置采用全光纖器件，入射激光往返兩次經過全光纖的非平衡馬赫曾德干涉儀，使得特定頻率范圍內的激光起伏噪聲能得到高效過濾，本發明裝置適合于較高功率激光光場的額外噪聲在特定低頻范圍內的過濾和抑制，且裝置結構緊湊、小型化、穩定性好、成本較低。

本發明提供的一種全光纖激光噪聲過濾裝置，包括光纖環行器、第一光纖耦合器、光纖延遲線、光纖相位調節器、第二光纖耦合器、光纖反射鏡、光電探測器和伺服系統；激光從光纖環行器的輸入端口A進入，出射后經過第一光纖耦合器分為兩束，一束經過光纖延遲線，另一束經過光纖相位調節器，而后均進入第二光纖耦合器并發生干涉，出射的相長干涉光束被光纖反射鏡反射回原光路，最后從光纖環行器的輸出端口B出射；光電探測器對第二光纖耦合器相消干涉端口的光場進行測量，將測量信號輸入伺服系統，伺服系統對測量信號進行解調得到誤差信號，并將誤差信號反饋到光纖相位調節器上，實現兩激光光束在第二光纖耦合器上相長干涉的相位鎖定；

所述的光纖為單模保偏光纖；

所述的第一光纖耦合器和第二光纖耦合器的耦合分束比均為1比1；

所述的光纖延遲線的長度按以下公式計算：

L=c/(2nf)????（I）

其中，L是光纖延遲線的長度，c是真空中的光速，n是光纖纖芯在入射激光波長處的折射率，f是噪聲過濾的頻率。

所述的光纖延遲線可置于密閉的隔振容器內。

所述的光纖相位調節器采用在壓電陶瓷上緊密纏繞光纖，利用壓電效應改變光纖的長度來實現光場相位的調節。

與現有技術相比，本發明的優點和效果：

本發明全光纖激光噪聲過濾裝置，其所有光學器件均采用單模保偏光纖器件，從而簡化了各個組成部件之間的光束耦合、模式匹配以及偏振控制問題，具有結構緊湊，小型化、穩定性好，成本較低的特點。

本發明全光纖激光噪聲過濾裝置，不需要利用光纖諧振腔技術，在很大程度上減弱了光纖內部的受激布里淵散射噪聲，適合于較高功率激光的噪聲過濾。

本發明全光纖激光噪聲過濾裝置，入射激光往返兩次穿過同一個全光纖非平衡馬赫曾德干涉儀，不但可以對入射激光的額外噪聲進行高效過濾，而且結構緊湊。

附圖說明