CN101762330B - 单模激光器光波长精确测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种单模激光器波长精确测量装置，包括：一待测激光器；一外调制器，该外调制器的输入端与待测激光器的输出端通过光纤连接；该待测激光器的输出光经连接光纤被送入到调制器中；一微波驱动器，该微波驱动器的输入输出端分别与微波网络分析仪输出端和外调制器的微波输入端连接；一光纤环形腔，该光纤环形腔的输入端与外调制器的输出端连接；一光电探测器，该光电探测器的输入端与光纤环形腔的输出端连接；一温控装置；一微波网络分析仪，该微波网络分析仪的信号输出端口与微波驱动器的微波输入端连接；该微波网络分析仪的信号输入端与光电探测器的输出端连接。
Description
技术领域
本发明涉及光波长测试技术领域，尤其涉及单模激光器光波长精确测量装置及测量方法。
背景技术
目前激光器波长测量方法大致有如下几种：扫描F-P腔法，此方法通过探测激光通过F-P腔后的光强可以分析出激光器的光谱形状，一般不给出激光器的绝对波长值；衍射光栅光谱仪，此仪器通过光栅将入射激光按频谱在空间展开，通过分析不同频率的光强而得到整个光谱结构，它能给出激光的绝对波长值；本发明提出了一种利用光纤环形腔对入射调制激光进行干涉，通过矢量网络分析仪对入射调制光进行频率响应测试，分析不同波长对应的频率响应曲线，得出波长的精确变化量。目前实验室常用的高精度光栅型光谱分析仪的分辨率为0.01nm，利用此方法能得观察到0.1pm的波长变化，因此波长测量分辨率提高了2个数量级。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的主要目的在于提供一种单模激光器波长高精度测试装置及其测量方法，以解决传统光波长测量中装置分辨率不够的问题。
为达到上述目的，本发明提供一种单模激光器波长精确测量装置，包括：
一待测激光器；
一外调制器，该外调制器的输入端与待测激光器的输出端通过光纤连接；该待测激光器的输出光经连接光纤被送入到外调制器中；
一微波驱动器，该微波驱动器的输入输出端分别与微波网络分析仪输出端和外调制器的微波输入端连接；
一光纤环形腔，该光纤环形腔的输入端与外调制器的输出端连接；
一光电探测器，该光电探测器的输入端与光纤环形腔的输出端连接；
一温控装置，该温控装置串接在外调制器与光电探测器之间；
一微波网络分析仪，该微波网络分析仪的信号输出端口与微波驱动器的微波输入端连接；该微波网络分析仪的信号输入端与光电探测器的输出端连接。
其中光纤环形腔由2×2的光纤耦合器的输入输出端通过一段光纤首尾相连构成。
其中所述的光纤环形腔置于温控装置内。
其中光纤环形腔或是将由一光波导器件构成的环形腔替代光纤环形腔。
本发明还提供一种单模激光器波长精确测量方法，该方法是使用前述的测量装置，包括如下步骤：
步骤1：首先模拟环形腔在不同波长下的频率响应曲线；
步骤2：通过微波网络分析仪测量光纤环形腔在不同波长下的频率响应曲线：
步骤3：通过对比模拟和测量得到的频率响应曲线，从而得出待测激光器波长的微小变化。
其中对比模拟和测量得到的频率响应曲线进行分析比较，包含频率响应曲线的谷点频率值变化以及相对信号幅度的变化。
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1)本发明提供的单模激光器波长测量方法，能测量激光器波长的绝对变化值。相对于传统的利用另外一路参考光进行拍频的测量方法，本发明提供的方法更可靠，因为它不需要考虑参考光波长的稳定性。
2)本发明提供的单模激光器波长测量方法，能达到很高的测量精度。比如我们采用一个长度为50cm的光纤环形腔，其自由光谱范围约为400MHz，在微波网络分析仪上，我们能很容易的观察到下跌谷点10MHz的频率变化。其对应的光波长变化为0.08pm，而实验室常用的高精度光栅型光谱仪的最高测量分辨率仅为0.01nm，其测量精度至少提高了100倍。
3)本发明提供的单模激光器波长测量方法，其测量分辨率并不随测量波长不同而有所不同。传统的光栅型光谱仪，在整个有效的波长测量范围内，其测量分辨率是不同的。本发明提供的方法则没有这个限制。
附图说明
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，其中：
图1是本发明单模激光器波长精确测量装置的结构示意图；
图2是本发明不同光波长情况下的频率响应曲线模拟图；
图3是待测激光器波长微小漂移时，微波网络分析仪测得的频率响应曲线的局部放大图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明提供一种单模激光器波长精确测量装置，该装置由待测激光器1、外调制器3、待测激光器与外调制器之间的连接光纤2、微波驱动器4、光纤环形腔6、温控装置7、微波网络分析仪8、光电探测器9构成，该温控装置7串接在外调制器3与光电探测器9之间；其中光纤环形腔6由2×2的光纤耦合器5的两端首尾两端相连接而成，整个光纤环形腔被放置在温控装置7中；待测激光器1的输出光经连接光纤被送入到外调制器3中，微波网络分析仪的1端口(信号输出端)输出微波信号，经驱动器4放大后被加载到外调制器上，被微波信号调制过的待测激光进入光纤环形腔6进行干涉，干涉以后从光纤环形腔出来的激光进入探测器进行光电转换，由探测器提取的微波信号进入微波网络分析仪的2端口(输入端口)进行频率响应测试。
上述方案中，所述单模激光器波长精确测量装置，其中光纤环形腔的腔长为50cm左右，微波网络分析仪输出扫频微波信号，待测激光被扫频信号调制后经过光纤环形腔干涉传输后，进入光电探测器解调输出。其中光纤环形腔也可以用光波导器件构成环形腔来代替，这样的话腔长能做到更小，能测量的波长变化范围更大。例如，环形腔长度为50cm时，自由光谱范围为600MHz；环形腔长度为1cm时，自由光谱范围能达到30GHz，对应1500nm波长附近的光波长变化范围是0.24nm。另外环形腔对应的自由光谱范围应该小于微波网络分析仪的扫频范围，否则会存在测试盲区。
上述方案中，光纤环形腔必须置于一温控装置中，以减少环境温度变化对测量结果的影响。
一种利用光纤环形腔的干涉效果，对待测激光波长的微小变化进行测量的方法，该方法是通过对比不同波长下的频率响应曲线变化从而得出待测激光波长的微小变化。如图2所示，一定长度L的光纤环形腔对应的自由光谱范围是Tλ，其中Tλ＝c/nL，n为光纤纤芯的折射率。在微波网络分析仪上得到的频率响应曲线是以Tλ为周期，图2中是不同的待测激光器波长情况下模拟得到的一个周期内的频率响应曲线。从中可以看出，随着波长的漂移，频率响应曲线由只有一个下跌的谷分解成两个间隔越来越大的下跌谷，下跌峰的幅度也随着波长漂移而变化。通过对照测量到的频率响应曲线和模拟得到的曲线，我们就可以分析出波长的微小变化。图3是待测激光器在不同波长下的频率响应曲线下跌峰位置的局部放大图，待测激光器波长的微小变化是通过微调待测激光器工作电流得到的。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而己，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种单模激光器波长精确测量装置，包括：
一待测激光器；
一外调制器，该外调制器的输入端与待测激光器的输出端通过光纤连接；该待测激光器的输出光经连接光纤被送入到外调制器中；
一微波驱动器，该微波驱动器的输入输出端分别与微波网络分析仪输出端和外调制器的微波输入端连接；
一光纤环形腔，该光纤环形腔的输入端与外调制器的输出端连接；
一光电探测器，该光电探测器的输入端与光纤环形腔的输出端连接；
一温控装置，该温控装置串接在外调制器与光电探测器之间；
一微波网络分析仪，该微波网络分析仪的信号输出端口与微波驱动器的微波输入端连接；该微波网络分析仪的信号输入端与光电探测器的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的单模激光器波长精确测量装置，其中光纤环形腔由2×2的光纤耦合器的输入输出端通过一段光纤首尾相连构成。
3.根据权利要求1或2所述的单模激光器波长精确测量装置，其中所述的光纤环形腔置于温控装置内。
4.根据权利要求2所述的单模激光器波长精确测量装置，其中光纤环形腔采用由一光波导器件构成的环形腔替代所述光纤环形腔。
5.一种单模激光器波长精确测量方法，该方法是使用权利要求1所述的测量装置，包括如下步骤：
步骤1：首先模拟环形腔在不同波长下的频率响应曲线；
步骤2：通过微波网络分析仪测量光纤环形腔在不同波长下的频率响应曲线：
步骤3：通过对比模拟和测量得到的频率响应曲线，从而得出待测激光器波长的微小变化。
6.根据权利要求5所述的单模激光器波长精确测量方法，其中对比模拟和测量得到的频率响应曲线进行分析比较，包含频率响应曲线的谷点频率值变化以及相对信号幅度的变化。
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