[發明專利]一種激光器線寬測量方法及系統

在審

• 申請號: 201510342293.6
• 申請日: 2015-06-19
• 公開（公告）號: CN104897376A
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發明（設計）人: 武春風;李強;姜永亮;戴玉芬;呂亮;劉厚康;宋祥;唐仕旺;趙朋飛
• 申請（專利權）人: 湖北航天技術研究院總體設計所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 宋業斌

技術領域

本發明涉及激光技術領域，具體涉及一種激光器線寬測量方法及系統。

背景技術

光纖激光器具有轉換效率高、結構緊湊、光束質量優良等特點，在工業、國防等領域具有廣泛的應用前景。隨著大模場雙包層光纖和高亮度泵浦源技術的發展，光纖激光器的輸出功率迅速提高。為了獲得更高的激光輸出功率，提出了合成技術，即將多路激光合成一路輸出，例如相干合成、光譜合成，而窄線寬激光器是這些高功率激光合成系統的前提。另外，窄線寬激光器在光纖通信網絡、光纖傳感、高精度光譜等領域具有重要的應用。

窄線寬激光器通常是指線寬小于0.1nm的激光器。對于窄線寬激光器，其輸出譜線的線寬是衡量激光器性能的重要指標。傳統的激光器，一般采用光譜儀進行譜線分析，其波長掃描范圍寬，動態范圍大，但是目前光頻譜分析儀的分辨率最高為0.02nm，已無法準確測量GHZ線寬的譜線，更不可能測量線寬為兆赫茲、千赫茲的窄線寬激光器。

針對窄線寬激光器線寬的測量，目前主要是基于光外差法。光外差法的基本原理是兩束波長相近的光波耦合到光探測器中混頻，從而產生中頻電信號，頻率由兩束光的波長差決定，通過對自相關函數進行傅里葉變換即可得到光電流的譜密度。光外差法分為雙光束外差法和延時自外差法。雙光束外差法由于需要兩個激光器，并且對激光器的頻率、幅度等穩定性有十分苛刻的要求，實驗系統復雜，所以目前通常采用的是延時自外差法。延時自外差法包括了延時零拍自外差法和延時非零拍自外差法。延時自外差法的基本原理是將一路入射光分為兩路，將其中一路光延時后，使兩路光相拍，經光電轉換，得到相拍后的光電流譜線，從而確定出激光器的線寬。延時零拍自外差法的系統工作在零拍狀態，系統光路簡單，但是較容易引入由于周圍環境引起的變動，使得整個系統對環境要求比較高。因此，發展出了延時非零拍自外差法。延時非零拍外差法是通過調制光源或光路，使信號光和參考光產生一定的頻率差，發生干涉后產生的拍頻位于非零頻的中頻附近，避免了周圍環境對系統帶來的低頻干擾，但是導致系統比較復雜，對實驗精確性和成本的要求都很高。

近年來，又提出一種利用非平衡光纖干涉儀相位噪聲測量并計算線寬的方法，通過分析短程差非平衡干涉儀相位噪聲與窄線寬激光器的光頻噪聲的關系，得到了激光器的光波功率頻譜和線寬。另外，還提出了使用布里淵光纖環形激光器產生的二階斯托克斯光作為參考光測量超窄線寬的新方法。該方法測量精度高，但是最大的限制是不能測量線寬較寬的激光器，而且要獲得二階斯托克斯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。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種激光器線寬測量方法及系統，相比于現有技術，系統結構簡單，方法易于實現，尤其適用于窄線寬激光器線寬的測量。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是，提供一種激光器線寬測量方法，所述方法包括以下步驟：

S1、將待測激光光束進行聚焦，測量焦平面上的光斑大小值為ω₀，獲得待測激光光束的初始發散角f為焦距；

S2、將所述待測激光束進行光柵衍射得到-1級衍射光，將所述-1級衍射光聚焦后，測量焦平面上的光斑大小值為ω'，獲得光柵衍射后待測激光光束的發散角θ'，

S3、計算所述待測測激光光束的線寬Δλ＝Δθ·d·cosθ，其中，d為光柵常數，θ為光柵衍射角，所述光柵衍射后待測激光光束的發散角的增大量Δθ＝θ'-θ₀。

相應的，本發明還提供一種用于實現激光器線寬測量方法的系統，所述系統包括沿激光器出射光路依次放置的衍射光柵、聚焦裝置、和光斑測量裝置，所述聚焦裝置用于聚焦激光光束，所述光斑測量裝置用于測量焦平面上的光斑大小。

因此，本發明可以獲得以下的有益效果：本發明方法利用光柵的衍射原理，具有一定的譜寬度的光束，通過衍射光柵色散后，光束的發散角會增大，通過測量由色散引起的發散角的增大量，從而獲得窄線寬激光器的線寬，解決了窄線寬激光器線寬測量的問題，與傳統的光外差法測量線寬的技術相比，本發明方法及系統結構簡單、易于實現，為工程上實現精確測量窄線寬激光器的線寬提供了行之有效的方法。

附圖說明

圖1為本發明激光器線寬測量方法流程示意圖；

圖2為本發明激光器線寬測量系統結構示意圖；

圖3為本發明一個實施例中激光器線寬測量系統結構示意圖。

具體實施方式