[發明專利]一種激光器高斯白噪聲相位調制線寬展寬實現裝置

有效

• 申請號: 202010556968.8
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111934781B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 李茂春;梁鵠;馬駿;惠菲
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0七研究所
• 主分類號: H04B10/556
• 分類號: H04B10/556;H04B10/50
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 劉英梅

本發明涉及一種激光器高斯白噪聲相位調制線寬展寬實現裝置，包括高斯白噪聲源模塊、射頻放大模塊、可調衰減模塊、射頻信號檢測反饋模塊、激光器和電光調制器；高斯白噪聲源模塊：產生特定頻率帶寬和功率強度的高斯白噪聲信號；射頻放大模塊：實現大帶寬、低噪聲、特定增益的信號放大功能；可調衰減模塊：實現可編程精細化射頻信號衰減功能；射頻信號檢測反饋模塊：實現射頻信號功率強度檢測并提供與設定信號功率相關的反饋信息激光器：提供特定光功率和波長的窄線寬激光輸出；電光調制器：提供特定頻率帶寬、波長范圍的電光相位調制功能。本發明實現了集成化高品質激光器線寬展寬。

技術領域

本發明屬于光纖陀螺技術領域，涉及激光器線寬展寬，具體涉及一種激光器高斯白噪聲相位調制線寬展寬實現裝置。

背景技術

光纖陀螺是一種基于Sagnac效應的全固態陀螺，具有可靠性高、壽命長、動態范圍寬、抗沖擊振動、體積小、質量輕、精度覆蓋范圍廣、適合大批量生產等特點。歷經四十余年不懈的技術與工程應用研究，光纖陀螺已在海、陸、空、天等領域得到廣泛應用，成為21世紀主流慣性儀表。

光纖陀螺通常采用相干長度較短的寬帶光源，用于抑制Kerr效應、背向散射和偏振耦合等引起的振幅型噪聲與漂移，使其低至可接受水平，造就了光纖陀螺巨大的商業成功。然而，寬帶光源固有的光學特性同樣帶來了光纖陀螺難以克服的性能弊端，凸顯于長航時、高動態慣性導航應用中。一方面，光纖陀螺理論精度取決于散粒噪聲，事實上寬帶光源具有較大的相對強度噪聲，遠大于散粒噪聲，導致光纖陀螺實際最小可探測速率受限于寬帶光源。為了實現光纖陀螺高精度應用，不得不采取強度噪聲抑制措施，增加了陀螺的復雜性和成本。另一方面，寬帶光源平均波長穩定性提升手段匱乏，導致光纖陀螺標度因數穩定性提升受限，使光纖陀螺在高動態應用中受到限制。

面對寬帶光源帶來的機理性缺陷，激光器驅動干涉型光纖陀螺技術成為研究熱點，該技術的優勢主要體現在：①激光器相對強度噪聲小，結合線寬展寬技術有潛力逼近陀螺理論精度；②帶溫控的激光器波長穩定性優異，光纖陀螺標度因數穩定性有望提升一個數量級。③激光器價格便宜，易于光纖陀螺降低成本和實現小型化。

激光器光譜線寬較窄，則相干長度長，應用于光纖陀螺時，原本被低相干寬帶光源抑制的Kerr效應、背向散射和偏振耦合等誤差再次成為問題，需通過不影響波長穩定性的激光器線寬展寬技術加以抑制。通過電光相位調制可實現激光器高品質線寬展寬，基于電光晶體線性Pockels效應，外加電場改變波導折射率實現相位調制，相位調制對平均波長沒有影響，保持了激光器光源固有的極佳波長穩定性，該相位調制線寬展寬方式是激光器驅動干涉型光纖陀螺的最佳選擇。

經過相位調制后的激光器輸出可表示為：

其中，E₀為激光場的振幅，v₀為激光器中心頻率，為與激光器線寬相關的相位噪聲，為通過光電調制器施加的相位調制。

經過調制后的激光器輸出的功率密度S_out(v)是原始激光器功率譜密度S_laser(v)與相位調制引起的光場漲落的功率譜密度S_m(v)的的卷積，如式(2)所示，頻域卷積具有線寬加寬效應。

S_out(v)＝S_laser(v)S_m(v)???(2)