CN109946048A - 一种任意波长激光相频噪声测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种任意波长激光相频噪声测试装置，包括待测光源、第一耦合器、第二耦合器、探测单元以及工控机；所述待测光源接入第一耦合器的输入端，所述待测光源通过第一耦合器输出两路不同延时长度的光束，第一耦合器的输出端与第二耦合器的输入端连接，所述第一耦合器和第二耦合器之间设置有分别调节两路光束的偏振控制器和可控光纤环，不同延时时间的两路光束通过第二耦合器分束得到三路光信号，第二耦合器的输出端接入探测单元的输入端，所述探测单元的输出端接入工控机。本发明可测试的激光器的相频噪声特性的频率范围更大，可以更全面的表征激光器的相频噪声特性。
Description
技术领域
本发明属于激光器的技术领域，具体涉及一种任意波长激光相频噪声测试方法。
背景技术
高光谱纯度的单频窄线宽激光器在相干光通信，相干光传感，光谱分析等方面发挥着越来越重要的作用。激光器的相位频率噪声是衡量激光器性能的一个关键性指标，极大地影响着系统的性能。因此准确地测试及表征激光器的相频噪声特性是一个关键问题。
2013年，上海光机所的杨飞等人提出一种基于120度相差干涉仪的单频激光器相频噪声测试的技术（现有技术一）。这种方法主要基于干涉仪测量原理并巧妙借鉴相干探测的思想，即增加一个附加变量然后通过数字处理算法进行自适应的相位解调，可以准确表征以及测量得到相位相关的参数。但是，受限于迈克尔逊结构中法拉第旋镜的带宽，对于某些波段的激光无法测量。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种任意波长激光相频噪声测试方法。
技术方案：本发明所述一种任意波长激光相频噪声测试装置，包括待测光源、第一耦合器、第二耦合器、探测单元以及工控机；所述待测光源接入第一耦合器的输入端，所述待测光源通过第一耦合器输出两路不同延时长度的光束，第一耦合器的输出端与第二耦合器的输入端连接，所述第一耦合器和第二耦合器之间设置有分别调节两路光束的偏振控制器和可控光纤环，不同延时时间的两路光束通过第二耦合器分束得到三路光信号，第二耦合器的输出端接入探测单元的输入端，所述探测单元的输出端接入工控机。
一种利用上述所述装置进行任意波长激光相频噪声测试方法，包括如下步骤：
1）测量待测光源的功率，使进入装置的光源功率维持在0-13dBm范围之内；
2）将待测光源接入第一耦合器的输入端，所述第一耦合器的输出端输出两路不同延时长度的光束，第一路光束通过偏振控制器控制偏振状态，保证两路不同延时长度的光束发生干涉时，干涉条纹的对比度保持最大状态；第二路光束通过可控光纤环控制延时时间，装置根据需要测试的频率范围选择合适的可控光纤环；根据第二耦合器干涉条纹对比度的大小调节偏振控制器的偏振状态，使干涉条纹对比度达到最大水平；两路不同延时长度的光束在第二耦合器上发生干涉，增加用于相位解调的第三个自由度，分束得到三路光信号；
3) 将第二耦合器所得到的三路光信号接入探测单元，所述探测单元将三路光信号转换为三路电信号；将探测单元输出的三路电信号接入工控机；
4) 工控机分析得到的三路电信号，根据延迟光纤的长度选择不同的算法解调所得到的三路电信号，从而得到宽带大频率范围的激光器的相频噪声特性参量。
优选地，所述第一耦合器为1×2耦合器，第一耦合器将待测光源分为两路不同延时长度的光束；第二耦合器为3×3耦合器，3×3耦合器用于不同延时时间的两束光发生干涉，增加了第三个自由度用于相位解调，不需要额外的主动控制手段保持正交性。
优选地，所述步骤2）中，可控光纤环根据需要测试的频率范围进行调节，对于较小的频率范围选择较小的延时长度，保证第一耦合器两臂的延时时间内相位的变化可以忽略；而对于较大的频率范围则选择较大的延时长度，保证第一耦合器两臂的延时时间超过待测光源的相干时间，其两臂的输出光信号不具有相干性。
优选地，所述偏振控制器为主动偏振控制器或手动偏振控制器。
优选地，所述待测光源为需要测试的窄线宽激光器。
优选地，步骤4）中，根据延时长度的大小选择不同的算法，由工控机解调120度相差干涉仪得到的差分相位信息，并且根据相频噪声参量之间的关系得到相位相关的其他噪声参数。
有益效果：（1）本发明可以通过调节非平衡马赫增德干涉仪中延时臂中的偏振控制器，使两路信号的干涉信号的信噪比达到最大，从而实现任意波长的激光器的相频噪声特性参量，从而得到更为全面的激光器的相频噪声信息；
（2）相对于现有技术一，本发明可测试的激光器的相频噪声特性的波长范围更大，不会受限于法拉第旋镜的带宽限制，并且通过控制偏振控制器使得两路干涉信号处于同样的偏振状态，实现高信噪比的测试，可以更全面的表征激光器的相频噪声特性。
附图说明
图1为本发明所述测试方法的结构框图。
其中，1-待测光源；2-1×2耦合器；3-偏振控制器；4-可控光纤环；5-3×3耦合器；6-探测单元；7-工控机。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：一种任意波长激光相频噪声测试装置，包括待测光源1、第一耦合器2、第二耦合器5、探测单元6以及工控机7；所述待测光源1为需要测试的窄线宽激光器，所述待测光源1接入第一耦合器2的输入端，所述待测光源1通过第一耦合器2输出两路不同延时长度的光束，第一耦合器2的输出端与第二耦合器5的输入端连接，所述第一耦合器2和第二耦合器5之间设置有分别调节两路光束的偏振控制器3和可控光纤环4，不同延时时间的两路光束通过第二耦合器5分束得到三路光信号，第二耦合器5的输出端接入探测单元6的输入端，所述探测单元6的输出端接入工控机7。
本实施例中，所述第一耦合器2为1×2耦合器，第一耦合器2将待测光源1分为两路不同延时长度的光束；第二耦合器5为3×3耦合器，3×3耦合器用于不同延时时间的两束光发生干涉，增加了第三个自由度用于相位解调，不需要额外的主动控制手段保持正交性；所述偏振控制器3为主动偏振控制器或手动偏振控制器。
一种利用上述所述装置进行任意波长激光相频噪声测试方法，包括如下步骤：
1）测量待测光源1的功率，使进入装置的光源功率维持在0-13dBm范围之内；
2）将待测光源1接入第一耦合器2的输入端，所述第一耦合器2的输出端输出两路不同延时长度的光束，第一路光束通过偏振控制器3控制偏振状态，保证两路不同延时长度的光束发生干涉时，干涉条纹的对比度保持最大状态；第二路光束通过可控光纤环4控制延时时间，装置可以根据所要测试的频率范围选择合适的延时长度，；根据第二耦合器5干涉条纹对比度的大小调节偏振控制器3的偏振状态，使干涉条纹对比度达到最大水平；两路不同延时长度的光束在第二耦合器5上发生干涉，增加用于相位解调的第三个自由度，分束得到三路光信号；装置根据需要测试的频率范围选择合适的可控光纤环4，可控光纤环4根据需要测试的频率范围进行调节，对于较小的频率范围选择较小的延时长度，保证第一耦合器2两臂的延时时间内相位的变化可以忽略；而对于较大的频率范围则选择较大的延时长度，保证第一耦合器2两臂的延时时间超过待测光源1的相干时间，其两臂的输出光信号不具有相干性；
3) 将第二耦合器5所得到的三路光信号接入探测单元6，所述探测单元6将三路光信号转换为三路电信号；将探测单元6输出的三路电信号接入工控机7；
4) 工控机7分析得到的三路电信号，根据延迟光纤的长度选择不同的算法解调所得到的三路电信号，从而得到宽带大频率范围的激光器的相频噪声特性参量；根据延时长度的大小选择不同的算法，由工控机7解调120度相差干涉仪得到的差分相位信息，并且根据相频噪声参量之间的关系得到相位相关的其他噪声参数。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (7)
1.一种任意波长激光相频噪声测试装置，其特征在于：包括待测光源、第一耦合器、第二耦合器、探测单元以及工控机；所述待测光源接入第一耦合器的输入端，所述待测光源通过第一耦合器输出两路不同延时长度的光束，第一耦合器的输出端与第二耦合器的输入端连接，所述第一耦合器和第二耦合器之间设置有分别调节两路光束的偏振控制器和可控光纤环，不同延时时间的两路光束通过第二耦合器分束得到三路光信号，第二耦合器的输出端接入探测单元的输入端，所述探测单元的输出端接入工控机。
2.一种利用权利要求1所述装置进行任意波长激光相频噪声测试方法，包括如下步骤：
1）测量待测光源的功率，使进入装置的光源功率维持在0-13dBm范围之内；
2）将待测光源接入第一耦合器的输入端，所述第一耦合器的输出端输出两路不同延时长度的光束，第一路光束通过偏振控制器控制偏振状态，保证两路不同延时长度的光束发生干涉时，干涉条纹的对比度保持最大状态；第二路光束通过可控光纤环控制延时时间，装置根据需要测试的频率范围选择合适的可控光纤环；根据第二耦合器干涉条纹对比度的大小调节偏振控制器的偏振状态，使干涉条纹对比度达到最大水平；两路不同延时长度的光束在第二耦合器上发生干涉，增加用于相位解调的第三个自由度，分束得到三路光信号；
3) 将第二耦合器所得到的三路光信号接入探测单元，所述探测单元将三路光信号转换为三路电信号；将探测单元输出的三路电信号接入工控机；
4) 工控机分析得到的三路电信号，根据延迟光纤的长度选择不同的算法解调所得到的三路电信号，从而得到宽带大频率范围的激光器的相频噪声特性参量。
3.根据权利要求2所述的一种任意波长激光相频噪声测试方法，其特征在于：所述第一耦合器为1×2耦合器，第一耦合器将待测光源分为两路不同延时长度的光束；第二耦合器为3×3耦合器，3×3耦合器用于不同延时时间的两束光发生干涉，增加了第三个自由度用于相位解调，不需要额外的主动控制手段保持正交性。
4.根据权利要求2所述的一种任意波长激光相频噪声测试方法，其特征在于：所述步骤2）中，可控光纤环根据需要测试的频率范围进行调节，对于较小的频率范围选择较小的延时长度，保证第一耦合器两臂的延时时间内相位的变化可以忽略；而对于较大的频率范围则选择较大的延时长度，保证第一耦合器两臂的延时时间超过待测光源的相干时间，其两臂的输出光信号不具有相干性。
5.根据权利要求2所述的一种任意波长激光相频噪声测试方法，其特征在于：所述偏振控制器为主动偏振控制器或手动偏振控制器。
6.根据权利要求2所述的一种任意波长激光相频噪声测试方法，其特征在于：所述待测光源为需要测试的窄线宽激光器。
7.根据权利要求2所述的一种任意波长激光相频噪声测试方法，其特征在于：步骤4）中，根据延时长度的大小选择不同的算法，由工控机解调120度相差干涉仪得到的差分相位信息，并且根据相频噪声参量之间的关系得到相位相关的其他噪声参数。
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