CN106840609A - 一种基于光电振荡的激光波长自动标定系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于光电振荡结构的激光波长自动标定系统。波长可调谐激光器作为标定光源，偏振控制器连接可调谐激光器，强度调制器输入端连接偏振控制器输出端，50:50光耦合器的一个分端口连接强度调制器的输出端，可调谐衰减器的输出端口连接耦合器的一个分端口，可调衰减器的输入端口连接待测激光，光电探测器的光输入端口连接耦合器的合束端口，微波功率分束器的输入端与光电探测器的输出端相连接；微波功率分束器的一个输出端连接微波放大器的输入端，微波放大器的输出端连接强度调制器的射频信号输入端频谱仪的输入端与微波功率分束器的第二输出分端口连接，同时通过电脑与标准可调谐激光源和频谱仪连接。

Description

一种基于光电振荡的激光波长自动标定系统

技术领域

本发明涉及到激光波长自动标定测量领域，特别涉及到一种基于光电振荡结构的激光波长自动标定系统。

背景技术

激光波长作为测量基准值，在精密计量、精密机械等领域中涉及到长度、速度等多种物理量的测量，因此精确的测量波长的大小是测量的先决条件。

激光器属于高敏感器件，在外界环境变化的影响下，比如温度、震动等外因的作用下，激光器的波长会发生变化，在精密测量中就需要对激光器的波长重新标定。因此，对激光器的激光波长进行精确的测量具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有技术中所述的不足提供一种基于光电振荡的激光波长自动标定系统。

本发明提供的技术方案是：

一种基于光电振荡的激光波长自动标定系统，包括光路部分和电路部分，所述光路部分包括可调谐激光器、偏振控制器、强度调制器、光耦合器及可调衰减器，可调谐激光器的输出端与偏振控制器的输入端相连，偏振控制器的输出端与强度调制器的输入端连接；光耦合器的第一分端口连接强度调制器的输出端；光耦合器的第二分端口连接可调谐衰减器的输出端口，可调谐衰减器的输入端口连接待测激光源；所述的电路部分包括光电探测器、微波功率分束器、频谱分析仪、微波功率放大器和电脑处理器，所述的光电探测器的光输入端口与光耦合器的合束端口相连接，光电探测器的输出端与微波功率分束器的输入端连接，微波功率分束器的第一输出端连接微波功率放大器的输入端，微波功率放大器的输出端与强度调制器的射频信号输入端连接，微波功率分束器的第二输出端与频谱分析仪的输入端；频谱分析仪控制端口与电脑处理器连接，同时可调谐激光器端口通过连接电脑处理器控制。

具体的，所述光耦合器的分光比为50:50。

具体的，所述强度调制器为铌酸锂光电调制器，其工作波长包含了可调激光器、待测激光源的工作波长的范围。

具体的，所述可调谐激光器可实现单纵模连续激光输出，可以实现1pm高精度调节，调节范围为1460nm-1650nm。

具体原理如下所述：

一束 的标准可调谐激光输入进强度调制器中，其中光信号可表示如下

(1)

加载在强度调制器上的电压信号表示为

(2)

强度调制器上加载的射频微波信号将作用于一路光信号上，使得相应光路上的激光相位增加 ，

(3)

则可调谐标准激光通过光强度调制器后的输出光学函数为 ，

(4)

(5)

如公式（5）所示，经过强度调制器的载波光信号，由于光电作用产生了n倍的边带；由于强度调制器为偏振敏感器件，系统中通过偏振控制器调节可调谐激光器输出的激光的偏振态，获得合适的偏振光输入进强度调制器中；系统中在50比50的光耦合器的第二分端口的输入端连接可调谐衰减器，调节待测激光的输入光功率，使得与经过强度调制器输出的激光等功率的输入进光耦合器中形成较好的拍频效果；光电探测器的电输出端口连接微波功率分束器，同时第二输出端口连接微波功率放大器的，将微波信号放大输入进强度调制器中，对可调谐激光器的输出激光加上反馈回来的电信号，形成稳定的载波调节系统；系统中，通过电脑端的电脑处理器控制，实现频谱的检测和标准可调激光源的调节，从而可以实现待测激光的波长测量标定。

本发明提供的标定系统中使用了强度调制器，可以获得二倍的拍频电信号输出，将普通拍频的波长测定精度提高了两倍。

附图说明

图1是本发明波长自动标定系统结构图；

图2是频谱分析仪获得的稳定的一倍、两倍射频信号显示图。

1可调谐激光器 2偏振控制器 3强度调制器 4 光耦合器 5光电探测器

6 可调谐衰减器 7待测激光源 8微波功率分束器 9微波功率放大器

10 频谱分析仪 11电脑（PC）。

具体实施方式

具体实施方式1

一种基于光电振荡的激光波长自动标定系统，包括光路部分和电路部分。

所述光路部分包括可调谐激光器1、偏振控制器2、强度调制器3、光耦合器4及可调衰减器6。可调谐激光器1可实现单纵模连续激光输出，可以实现1pm高精度调节，调节范围为1460nm-1650nm。可调谐激光器1的输出端与偏振控制器2的输入端相连，可调谐激光器1发出固定波长的单纵模激光，输入到偏振控制器2中，通过偏振控制器2调节输入光的偏振态，获得与强度调制器3相匹配的偏振标准激光输入，偏振控制器2的输出端与强度调制器3的输入端连接实现偏振强度调制；光耦合器4的分光比为50:50，光耦合器4的第一分端口连接强度调制器3的输出端，光耦合器4的第二分端口连接可调谐衰减器6的输出端口，可调谐衰减器6的输入端口连接待测激光源7，调节输入待测激光的强度，待测激光经过可调谐衰减器6将合适衰减过的激光输入到光耦合器4的第二分端口与标准光通过光耦合器4合束输出至光电探测器5，形成拍频电信号输出，实现标准激光和待测激光等功率耦合输入，强度调制器3为铌酸锂光电调制器，其工作波长包含了可调激光器1、待测激光源7的工作波长的范围。光路部分连接线用保偏光纤。

所述的电路部分包括光电探测器5、微波功率分束器8、频谱分析仪10、微波功率放大器9和电脑处理器11，所述的光电探测器5的光输入端口与光耦合器4的合束端口相连接，光电探测器5的输出端与微波功率分束器8的输入端连接，微波功率分束器8的第一输出端连接微波功率放大器9的输入端，实现微波信号的放大输出，微波功率放大器9的输出端与强度调制器3的射频信号输入端连接，将放大后的微波信号加载到强度调制器3上，实现微波对光信号的调制，微波功率分束器8的第二输出端与频谱分析仪10的输入端，测试待测微波信号；频谱分析仪10控制端口与电脑处理器11连接，同时可调谐激光器1端口通过连接电脑处理器11控制。电路部分连接线用高频电缆。

将可调谐激光器的步长设定为1pm工作，标准光经过强度调制器3输入至光耦合器4的第一分端口，测试光经过可调谐衰减器6将待测激光衰减至标准可调谐的等功率，两束光将形成拍频，耦合进光电探测器5转变为电频信号，经过微波功率放大器9将微波电信号放大输入至光电调制器5，对载波进行调制，经过实验过程的观察如图2所示，通过连接频谱分析仪10的电脑处理器11观察合成的微波射频信号，由于受频谱分析仪10测量范围的限制，如果没有信号输出，电脑处理器11自动调整标准可调谐激光的步长，获得下个波长相对应的光电震荡微波信号，直到电脑处理器11检测到有二倍频的微波信号输出，电脑处理器11停止可调谐激光的步进状态，固定可调谐波长，通过检测、提取二倍频的频率值 ，计算拍频公式 ，实现待测波长 的转换、保存、显示，以此方式获得一个测量值，通过继续调节标准可调谐激光源的步长，固定测量10个步长对应出的微波信号下对应的待测波长值并取平均值，从而获得高精度的待测激光源7的波长值。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (4)

1.一种基于光电振荡的激光波长自动标定系统，包括光路部分和电路部分，其特征在于，所述光路部分包括可调谐激光器（1）、偏振控制器（2）、强度调制器（3）、光耦合器（4）及可调衰减器（6），可调谐激光器（1）的输出端与偏振控制器（2）的输入端相连，偏振控制器（2）的输出端与强度调制器（3）的输入端连接；光耦合器（4）的第一分端口连接强度调制器（3）的输出端；光耦合器（4）的第二分端口连接可调谐衰减器（6）的输出端口，可调谐衰减器（6）的输入端口连接待测激光源（7）；所述的电路部分包括光电探测器（5）、微波功率分束器（8）、频谱分析仪（10）、微波功率放大器（9）和电脑处理器（11），所述的光电探测器（5）的光输入端口与光耦合器（4）的合束端口相连接，光电探测器（5）的输出端与微波功率分束器（8）的输入端连接，微波功率分束器（8）的第一输出端连接微波功率放大器（9）的输入端，微波功率放大器（9）的输出端与强度调制器（3）的射频信号输入端连接，微波功率分束器（8）的第二输出端与频谱分析仪（10）的输入端；频谱分析仪（10）控制端口与电脑处理器（11）连接，同时可调谐激光器（1）端口通过连接电脑处理器（11）控制。

2.根据权利要求1所述基于光电振荡的激光波长自动标定系统，其特征在于，所述光耦合器（4）的分光比为50:50。

3.根据权利要求1所述基于光电振荡的激光波长自动标定系统，其特征在于，所述强度调制器（3）为铌酸锂光电调制器，其工作波长包含了可调激光器（1）、待测激光源（7）的工作波长的范围。

4.根据权利要求1所述基于光电振荡的激光波长自动标定系统，其特征在于，所述可调谐激光器（1）可实现单纵模连续激光输出，可以实现1pm高精度调节，调节范围为1460nm-1650nm。