[發明專利]一種測量連續激光器線寬的裝置及方法

有效

• 申請號: 202010109480.0
• 申請日: 2020-02-22
• 公開（公告）號: CN111351569B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 元晉鵬;汪麗蓉;劉浩
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42;G01M11/02
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 趙江艷

1.一種測量連續激光器線寬的裝置，其特征在于，包括頻率鑒別裝置（1）、功率譜密度獲取裝置（2）、伺服鎖定裝置（3）和軟件處理單元（4）；

所述頻率鑒別裝置（1）用于根據待測激光器發出的激光得到頻率參考信號；

所述功率譜密度獲取裝置（2）用于對頻率鑒別裝置（1）得到的頻率參考信號進行光電轉化得到電信號；對電信號進行解調得到殘余誤差信號；以及對殘余誤差信號進行頻譜分析，得到激光的殘余誤差功率譜密度；

所述伺服鎖定裝置（3）用于對待測激光器進行調制，還用于根據所述功率譜密度獲取裝置（2）解調得到的殘余誤差信號對激光器進行伺服鎖定；

所述軟件處理單元（4）用于對所述功率譜密度獲取裝置（2）獲得的殘余誤差功率譜密度數據進行分析，利用快慢調制區劃分線對頻譜數據劃分得到慢調制區，以及計算慢調制區面積，并根據慢調制區的面積得到激光線寬的大小；

所述軟件處理單元（4）對殘余誤差功率譜密度數據進行分析時，將功率譜密度數據大于快慢調制區劃分線的頻率f劃分到慢調制區，所述快慢調制區劃分線為。

2.根據權利要求1所述的一種測量連續激光器線寬的裝置，其特征在于，所述頻率鑒別裝置（1）包括光柵頻率參考儀和頻率參考裝置，所述光柵頻率參考儀用于識別激光器發出激光的波長，所述頻率參考裝置用于獲得待測激光器的頻率參考信號；

所述功率譜密度獲取裝置（2）包括探測器、解調裝置和頻譜儀，所述探測器用于對頻率參考信號進行光電轉化得到電信號，所述解調裝置用于對電信號進行解調得到殘余誤差信號，所述頻譜儀用于對殘余誤差信號進行頻譜分析，得到激光的殘余誤差功率譜密度；

所述伺服鎖定裝置（3）包括調制信號發生器和伺服控制器，所述調制信號發生器與激光器的調制端口連接，所述伺服控制器的輸入端與所述解調裝置的輸出端連接，所述伺服控制器的輸出端與激光器的控制輸入端連接。

3.根據權利要求1所述的一種測量連續激光器線寬的裝置，其特征在于，所述頻率參考裝置為法布里珀羅干涉儀或飽和吸收譜裝置。

4.根據權利要求1所述的一種測量連續激光器線寬的裝置，其特征在于，所述軟件處理單元（4）計算慢調制區面積S的公式為：

；

其中H表示單位階梯函數，當 x0 時，有H(x)=1；當 x0 時，有 H(x)=0；

激光線寬FWHM的計算公式為：

。

5.一種測量連續激光器線寬的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、對待測激光器進行頻率調制，通過頻率參考裝置獲取待測激光器的頻率參考信號，并將頻率參考信號轉化為殘余誤差信號，同時將殘余誤差信號發送至伺服鎖定裝置（3）對待測激光器進行頻率鎖定；

S2、通過頻譜儀對殘余誤差信號進行頻譜分析，得到激光的殘余誤差功率譜密度；

S3、對得到的殘余誤差功率譜密度數據進行分析，利用快慢調制區劃分線對頻譜數據劃分得到慢調制區，然后計算慢調制區面積，并根據慢調制區的面積計算得到激光線寬的大小；

所述步驟S3中，對殘余誤差功率譜密度數據進行分析時，將功率譜密度數據大于快慢調制區劃分線的頻率f劃分到慢調制區，所述快慢調制區劃分線為。

6.根據權利要求5所述的一種測量連續激光器線寬的方法，其特征在于，所述步驟S1中，還包括通過光柵頻率參考儀對激光進行檢測得到激光波長所處的范圍，并選擇頻率參考裝置的步驟；所述頻率參考裝置為與激光器波長對應的法布里珀羅干涉儀或者原子或分子的飽和吸收譜裝置。

7.根據權利要求5所述的一種測量連續激光器線寬的方法，其特征在于，所述步驟S1中，待測激光器的頻率調制頻率為MHz量級。

8.根據權利要求5所述的一種測量連續激光器線寬的方法，其特征在于，所述步驟S3中，計算慢調制區面積S的公式為：

；

其中H表示單位階梯函數，當 x0 時，有H(x)=1；當 x0 時，有 H(x)=0；

激光線寬FWHM的計算公式為：

。