[發明專利]基于短延遲自零差相干包絡的激光線寬測量系統和方法

在審

• 申請號: 202010051334.7
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111220284A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 黃仕宏;方曉惠;劉翠紅;萬明桂;張武;李杰文
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00;G01J1/42;G01M11/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 雷芬芬;黃磊

本發明涉及一種基于短延遲自零差相干包絡的激光線寬測量方法，包括：S1，獲取基于短延遲自零差相干包絡的激光線寬測量系統輸出的功率譜；S2，在所述功率譜上選取相鄰的波峰和波谷，計算出選取的波峰和波谷在功率譜上的對比度的差值ΔS；S3，根據差值ΔS、延遲光纖的長度計算出激光器的激光線寬Δf。本發明更有利于測量系統的集成化，更能保證測量系統的精度，且自零差方式不需要頻移，增大了雙臂光路的相干性，將進一步提高相干測量的精確度。

技術領域

本發明涉及激光器線寬測量技術領域，特別是涉及一種基于短延遲自零差相干包絡的激光線寬測量系統和方法。

背景技術

本領域技術人員應該明白，激光線寬對探測系統的精度、靈敏度、探測距離以及探測噪聲等都有很大影響，例如：在光量子領域中，激光線寬決定了量子系統的相干性；在高階調制技術以及相干檢測系統中，激光線寬決定了其光通信系統的容量；在光纖水聽器系統中，激光線寬決定了系統噪聲，也決定了系統的最小可測信號；在布里淵光時域反射儀(BOTDR)中，激光線寬決定了溫度和應力的測量分辨率等。故在搭建系統時，需要對所用的激光器的激光線寬值進行精密標定才能預判后面測量系統或信號源的測量精度、距離、靈敏度以及噪聲等特性。

現有技術中，用于測定激光線寬常見的方法主要有高精度光譜儀、掃描F-P干涉儀、自零差線寬探測和自外差線寬探測等；在現有技術條件下，采用前述的第一種方法和第二種方法進行激光線寬值測定時，其精度只能達到MHz級別，而采用前述的第三種方法和第四種方法以及延伸出的補償自外差方法進行激光線寬值測定時，其精度只能達到kHz級別。

隨著超窄線寬激光器技術的發展，激光線寬越來越窄，對于線寬在百Hz級別以下的超窄線寬激光器，前述的第一種方法和第二種方法則完全不能適用，若用前述的第三種和第四種方法對這種超窄線寬激光器的激光線寬值進行測定，需要使用幾百公里長度的單模光纖作為延遲光纖，然而由這么長的延遲光纖所產生的1/f噪聲所形成的高斯型線寬能達到數kHz級別，該噪聲會把需要測定的激光線寬淹沒掉，雖然可以采用Voigt擬合將洛侖茲線型和高斯線型分開，但是Voigt擬合時已經取近似，再加上噪聲所形成的高斯型線寬比激光器本身的洛侖茲線寬高一個數量級，因此利用Voigt擬合是難以精確地測量出激光器線寬的。

針對現有測量方法無法精密測量kHz以下激光線寬問題，申請人初步研究了基于短延遲自外差相干包絡譜與激光線寬的關系，并發現相干包絡譜、延遲光纖長度與激光線寬存在一定的對應關系，能利用包絡譜特征來獲取激光線寬。但測量系統過于龐大，需要聲光調制器(AOM)及其對應的電學驅動器，包括固定驅動電源以及調制驅動電源，如此多的設備，它們之間的相互干擾大，影響測量精度；且自外差相方式需要頻移，進一步降低相干測量的精確度。

發明內容

針對現有技術存在的器件之間的相互干擾大和自外差相方式需要頻移，進一步降低相干測量的精確度的問題，本發明提供一種基于短延遲自零差相干包絡的激光線寬測量系統和方法。

本申請的具體方案如下：

一種基于短延遲自零差相干包絡的激光線寬測量系統，包括：激光器、第一光衰減器、第二光衰減器、光隔離器、第一耦合器、延遲光纖、第二耦合器、光電探測器和頻譜儀；所述延遲光纖的長度為激光器的相干長度K倍，K1；所述激光器、光隔離器、第一耦合器依次連接，第一耦合器的第一輸出端通過第一光衰減器和第二耦合器的第一輸入端連接，第一耦合器的第二輸出端和延遲光纖的一端連接，所述延遲光纖的另一端通過第二光衰減器和第二耦合器的第二輸入端連接，第二耦合器的輸出端和光電探測器的輸入端連接，光電探測器的輸出端連接至頻譜儀。

一種基于短延遲自零差相干包絡的激光線寬測量方法，包括：

S1，獲取基于短延遲自零差相干包絡的激光線寬測量系統輸出的功率譜；

S2，在所述功率譜上選取相鄰的波峰和波谷，計算出選取的波峰和波谷在功率譜上的對比度的差值ΔS；