[發明專利]基于循環自外差干涉法的精密測量激光線寬裝置及方法

有效

• 申請號: 201610034977.4
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105699053B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 高靜;陳玖朋;焦東東;劉杰;董瑞芳;劉濤;張首剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家授時中心;中國科學院大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 劉強

本發明公開了一種基于循環自外差干涉法的精密測量激光線寬裝置及方法，該裝置包括窄線寬激光器，所述窄線寬激光器通過光纖依次連接有隔離器、第一Y型耦合器、第一頻移器、第二Y型耦合器、光電探測器和頻譜儀；所述第一Y型耦合器和第二Y型耦合器之間通過光纖還連接有X型耦合器；所述X型耦合器還通過光纖依次與衰減器、第二移頻器、摻鉺光纖放大器、光纖帶通濾波器、保偏器連接形成閉合環路。本發明是基于損耗補償的循環自外差干涉技術，采用較短的光纖延時線，無需復雜的理論模擬和準確的系統參數設定，可精準測量出亞kHz量級的激光線寬。

技術領域

本發明屬于光譜測量技術領域，涉及一種精密測量激光線寬的裝置及方法，尤其是一種基于循環自外差干涉法，采用頻譜分離技術達到精密測量激光線寬的裝置及方法。

背景技術

窄線寬激光作為高精密測量的一種手段，在科學研究和技術領域中有著重要且廣泛的應用，如光鐘、高精密光譜、相干通信、激光測距等。激光的線寬或相干長度對這些系統的噪聲性能、測量距離、精度和靈敏度等起著決定性作用。因此對窄激光器的線寬進行高精度測量顯得至關重要。目前，光譜線寬的測量方法大致有三種：光譜儀測量法、濾波器掃描法、拍頻法。但當激光器的線寬達到kHz量級時，傳統的基于光柵光譜儀和濾波器掃描法的測量分辨率已不能滿足實驗所需。外差拍頻法是一種測量超窄線寬較理想方法，可以得到比較滿意的分辨率。其中，基于延時自外差法的激光線寬測量技術應用最為廣泛，因為其不需要另外一臺同等甚至更穩的激光器作為參考光源。

近年來，國內外很多小組針對自外差測量激光線寬進行深入的理論研究和實驗探索。1980年日本學者T.Okoshi首次提出延時自外差法(DSHI)測量激光器線寬，并獲得50kHz的分辨率。在這類方案中，光纖延時線的長度大于激光相干長度的六倍以上，拍頻信號才能正確反映被測激光的線寬。因此對于目前大量使用的kHz量級的窄線寬激光器而言，測量激光線寬所需要的光纖延遲線可能需要上百公里，這使得整個測試系統體積龐大，額外噪聲增大，限制了其在超窄激光線寬測量中的應用。

1986年，L.E.Richter從理論上分析推導了延時自外差法測量激光線寬的原理，并提出采用短光纖延時，在光纖延時遠小于6倍的激光相干時間的條件下測量激光器線寬。在這類方案中，理論譜型并不能很好的與實驗譜形相吻合，同時體現相干特性的delta函數峰會影響實際線寬的讀取，最終影響數據的準確度。

1992年，J.W.Dawson提出了一種利用損耗補償的環路自外差干涉儀(LC-RDSHI)測量激光線寬的方案。相較DSHI系統，此方案中的激光可在環路中多次循環，從而非常有效的減少延時光纖的長度。2006年，X.P.Chen等人首次在實驗中利用LC-RDSHI法測量激光線寬，最后對測量結果進行分析修正，得到激光器線寬約為700Hz。但這種實驗方案需要對系統各個參數進行嚴格選擇和仔細調試，才能減小環路中干擾光對的交叉耦合，從而提高高階拍頻光譜的信噪比。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種基于循環自外差干涉法的精密測量激光線寬裝置及方法，其具有操作簡單、高信噪比和低成本的特點。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明首先提出一種基于循環自外差干涉法的精密測量激光線寬裝置，包括窄線寬激光器，所述窄線寬激光器通過光纖依次連接有隔離器、第一Y型耦合器、第一頻移器、第二Y型耦合器、光電探測器和頻譜儀；所述第一Y型耦合器和第二Y型耦合器之間通過光纖還連接有X型耦合器；所述X型耦合器還通過光纖依次與衰減器、第二頻移器、摻鉺光纖放大器、光纖帶通濾波器、保偏器連接形成閉合環路。

進一步，上述X型耦合器的a端連接至第一Y型耦合器的輸出端，X型耦合器的c端連接至第二Y型耦合器的輸入端。

進一步，上述X型耦合器的d端連接至衰減器的輸入端，X型耦合器的b端與保偏器的輸出端連接。

上述第二頻移器的輸出端與摻鉺光纖放大器的輸入端連接。