[發(fā)明專利]基于延時自外差法測量852nm半導(dǎo)體激光器超窄線寬測試系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2016-05-09
• 公開（公告）號: CN105758626A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 關(guān)寶璐;楊嘉煒;潘冠中;劉振揚;李鵬濤
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及窄線寬半導(dǎo)體激光器線寬的測試系統(tǒng)，屬于半導(dǎo)體光電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種852nm窄線寬半導(dǎo)體激光器的線寬測試系統(tǒng)。

背景技術(shù)

窄線寬半導(dǎo)體激光器因其線寬窄、噪聲低、抗電磁干擾強等性能，廣泛應(yīng)用于光纖傳感、石油勘探、管道監(jiān)控、激光雷達和海底通信以及其他高精度光譜測量領(lǐng)域。其中852nm窄線寬半導(dǎo)體激光器主要應(yīng)用于銫原子頻譜、短程通信等領(lǐng)域，對激光器的線寬要求越來越高。頻帶寬度是光源單色性的量度，單色性越好，相干時間越長。因此，精確測量這些激光器的線寬對于評價單頻激光器的性能很有必要。

光譜線寬的測量方法大致有三種：光譜儀測量法、F-P干涉法、拍頻法光譜儀的測量精度約為100GHz，F(xiàn)-P干涉法測量精度約為100MHz，而拍頻法精度則可以達到100kHz以下。外差法是測量很窄線寬較理想的方法,可以得到比較滿意的分辨率。

激光器線寬測試領(lǐng)域普遍集中在1310nm與1550nm半導(dǎo)體激光器，由于受到波長限制，針對波段為852nm的半導(dǎo)體激光器超窄線寬測試相對較少，傳統(tǒng)窄線寬測試系統(tǒng)不再適用于特殊波段的激光器線寬測試。然而，852nm的激光器需求也日益增加，所以針對特殊波段的超窄線寬測試系統(tǒng)有著相當(dāng)廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供了一種852nm窄線寬激光器的線寬測試系統(tǒng)。核心結(jié)構(gòu)為傳統(tǒng)Mach-Zehnder干涉儀系統(tǒng)，從激光器發(fā)出的光經(jīng)過3dB耦合器，使得一路入射光分成兩路，將其中一路光用光纖延時，而另一光路通過移頻器進行移頻。延時與移頻的光路再經(jīng)過一個3dB耦合器使兩路光相拍，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，從延時光電流譜線確定出激光器線寬。本發(fā)明的測試系統(tǒng)測試的線寬精度可達到100kHz以下。

區(qū)別于其他的激光器線寬測試系統(tǒng)，本發(fā)明適用于工作波長在852nm的激光器線寬的測量，國內(nèi)鮮有實驗室去搭建同波長的激光器線寬測試系統(tǒng)。此外，本發(fā)明所使用的傳輸光纖均為多模光纖，證明了多模光纖也可用于光纖延時自外差測試系統(tǒng)。此外，由于傳輸852nm激光的光纖多模光纖價格高昂，經(jīng)過公式推導(dǎo)，延時光纖越長，可探測的線寬精度越高。但是，越長的延時光纖，所造成損耗也將增大。我們權(quán)衡了精度、損耗與成本的利害關(guān)系，最后我們用相對較短的多模光纖用來延時，并且滿足測試要求。

一種852nm窄線寬半導(dǎo)體激光器線寬測試系統(tǒng)，主要包括：

半導(dǎo)體激光器(1)、第一3dB耦合器(2)、延時多模光纖(3)、聲光移頻器(4)、第二3dB耦合器(5)、光電探測器(6)和頻譜儀(7)組成；

半導(dǎo)體激光器輸出端口為FC/PC的光纖接口，通過法蘭盤將半導(dǎo)體激光器與第一3dB耦合器的輸入端口相連接；第一3dB耦合器輸出為兩路，一路通過法蘭盤連接延時多模光纖，另一路通過法蘭盤連接聲光移頻器；第二3dB耦合器把延時多模光纖的輸出與聲光移頻器的輸出合為一路；第二3dB耦合器的輸出端連接光電探測器，光電探測器的輸出端使用BNC射頻線與頻譜儀相連接。

所述半導(dǎo)體激光器為852nm窄線寬半導(dǎo)體激光器，激射波長為852nm，出光面鍍有反射率小于0.01％的減反膜，另一面鍍有反射率大于90％的高反膜；

所述的第一3dB耦合器和第二3dB耦合器，分光比同為50/50，光纖類型是多模光纖，光纖接頭為FC/PC；

所述的多模延時光纖，工作波長在850-852nm，延時光纖損耗為3.5dB/km，纖芯直徑為50μm，纖芯的折射率為1.5，光纖接頭為FC/PC；

所述的聲光移頻器為針對850nm設(shè)計的移頻器，工作介質(zhì)為TeO₂，工作中心波長為850-852nm，移頻值為100MHz，最大插入損耗為2dB；

所述的光電探測器探測為固定增益硅探測器，探測材料為Si，工作波長范圍從200nm到1100nm，在850-852nm處的響應(yīng)度為0.35A/W，帶寬為150MHz，具有固定的增益模塊，放大倍數(shù)達到5000倍；

所述的頻譜分析儀用于射頻信號的頻域分析，基于快速傅里葉變換，通過傅里葉運算將被測信號分解成分立的頻率分量處理后獲得頻譜分布圖，帶寬為100kHz-3.6GHz，分辨率達到了100Hz。