[發明專利]窄線寬激光器線寬高精度測量系統

有效

• 申請號: 201310732083.9
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103674497A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 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（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 江蘇英特東華律師事務所 32229
• 代理人: 邵鋆

技術領域

本發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。

背景技術

隨著光纖通信網絡、密集波分復用（DWDM）系統和相干光通信系統的發展，單頻激光器因其線寬窄且與通信系統兼容以及在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。

對于窄線寬的光源信號，其輸出譜線的線寬是衡量系統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。

對于線寬在10MHz以下的光源，常采用傳統的延時自零差法、延時自外差法和布里淵光纖環形激光器拍頻法。傳統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，經光電轉換，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，整個系統工作在零頻附近，而后者采用聲光調制器使信號光與參考光產生一定的頻率差，從而使得系統工作在非零頻的中頻附近，便于在測量中數值的讀取，但是這也使得系統比較復雜，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。布里淵光纖環形激光器拍頻法是指使待測激光與一束參考光干涉產生拍頻，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形激光器的二階Stokes光作為參考激光，而且僅使用10m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，光波與介質晶體結構互作用產生一個頻率為v₂的聲振動，在泵浦光的反方向上產生頻移為v₃=v₁-v₂的Stokes散色光。

發明內容

本發明針對上述問題，提供一種窄線寬激光器線寬高精度測量系統，該系統結構簡單，制作成本低，體積小并且易于實現。

按照本發明的技術方案：一種窄線寬激光器線寬高精度測量系統，包括第一光耦合器與第二光耦合器，所述第一光耦合器具有a、b、c、d四個端口，所述第二光耦合器具有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過所述光纖延遲線的光經所述第二光耦合器的g端口與其f端口的光產生拍頻信號，該拍頻信號經所述第一光耦合器的b端口輸出，并由所述光電探測器轉換為電流信號，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。

所述反射面為耦合器二輸出端融合形成的環形鏡構成的反射面。

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。

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膜構成的外腔。

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膜構成具有一定反射率的法布里珀羅腔構成的外腔。

所述反射面為表面涂有介質膜的裸光纖平切面。

所述介質膜為非金屬介質膜或金屬介質膜；所述非金屬介質膜的材料為石墨烯或碳化硅，所述金屬介質膜的材料包括金銀銅鐵鋁鋅。

所述介質膜為采用電鍍、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。