CN113804295A - 一种激光光谱频率分裂间隔测定方法和测定装置 - Google Patents

一种激光光谱频率分裂间隔测定方法和测定装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113804295A
CN113804295A CN202110904231.5A CN202110904231A CN113804295A CN 113804295 A CN113804295 A CN 113804295A CN 202110904231 A CN202110904231 A CN 202110904231A CN 113804295 A CN113804295 A CN 113804295A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
optical fiber
interference
frequency
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110904231.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113804295B (zh
Inventor
靳刚
成永杰
刘星汛
黄承祖
彭博
付子豪
康宁
齐万泉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Radio Metrology and Measurement
Original Assignee
Beijing Institute of Radio Metrology and Measurement
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Radio Metrology and Measurement filed Critical Beijing Institute of Radio Metrology and Measurement
Priority to CN202110904231.5A priority Critical patent/CN113804295B/zh
Publication of CN113804295A publication Critical patent/CN113804295A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113804295B publication Critical patent/CN113804295B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0218—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using optical fibers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/45—Interferometric spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J2003/2859—Peak detecting in spectrum

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Abstract

本申请公开了一种激光光谱频率分裂间隔测定方法和测定装置，所述测定方法包括步骤：将激光光束取样分束；将分束后的两束所述激光光束折返合束，且进行光学干涉；探测两束所述激光光束干涉产生的迈克尔逊干涉条纹；根据所述干涉条纹的峰峰时域差值范围，标定所述激光光束扫描时的频率；其能实现低于30MHz的高精度激光频率调谐范围测量，并且使其可适用的激光波长范围极广，能够实现较大的激光波长调谐范围、更宽调谐带宽、更高的测量精度。

Description

一种激光光谱频率分裂间隔测定方法和测定装置
技术领域
本申请涉及激光测量技术领域，涉及一种用于量子场强测量的激光光谱频率分裂间隔测定方法和测定装置，尤其涉及一种基于迈克尔逊双光束激光干涉方法实现的扫频激光频率标定方案。
背景技术
里德堡原子具有较大的电偶极矩，可以作为电磁场的传感器。而且原子处于里德堡态与临近的能级的频差可以在百兆～几赫兹的宽范围，因此可用于实现微波场的探测。基于量子场强的电磁感应透明Aut1er—Townes分裂光谱可以实现高准确度，高灵敏度的、零链溯源的微波场计量校准。但是需要将耦合激光或者探测激光频率扫描范围进行准确测定。目前可用的方案包括基于理论计算的里德堡态D态分裂的两个峰值间距标定、基于外部电光调制的方式实现激光光谱的正负边带和主峰的三点标定，或者基于高精细度光学谐振腔的谐振峰。但是前两种方案具有标定峰的个数有限，难以对大范围的扫描非线性有效控制，而且光谱方案的峰值强度有较大差异，峰值位置定位准确性差，影响标定的准确性。基于光学谐振腔的透射峰方案一般自由光谱区间在百兆～十吉赫兹区间，难以实现MHz量级精度的特征频率测量。
发明内容
本申请提出一种激光光谱频率分裂间隔测定方法和测定装置，使其克服现有技术所存在的上述缺陷，通过集成度高的全光纤模式，实现低于30MHz的高精度激光频率调谐范围测量，并且使其可适用的激光波长范围大。
本申请一方面提供一种激光光谱频率分裂间隔测定方法，包括以下步骤：
将激光光束取样分束；
将分束后的两束所述激光光束反向原路返回，将其中一束所述激光光束进行延时，然后将延时后的所述激光光束与另一束所述激光光束合束进行光学干涉；
探测两束所述激光光束干涉产生的迈克尔逊干涉条纹，根据所述干涉条纹的峰峰时域差值范围，标定所述激光光束频率扫描时的瞬时频率。
具体地，激光光束防反射时，通过光纤隔离器，防止后续链路器件连接中，反向激光进入到所述被测激光器中。
具体地，通过所述光纤隔离器隔离后方的光路中器件的反射光进入到所述被测激光器中，通过第一光纤分束器将所述被测激光器的功率分为两部分，其中取样的一部分功率用于激光调谐频率范围测量，在时域上结合光谱谱线进行频率标定。
具体地，将所述激光光束取样分束时，通过第一光纤分束器，将取样部分功率用于激光干涉测量激光频率；通过第二光纤分束器，将取样一半的激光功率用于后续双光束干涉，另一半输入至平衡零拍光电探测器。
具体地，将分束后的两束所述激光光束折返合束，且进行光学干涉时，通过光纤环行器、第三光纤分束器、延时光纤、第一光纤法拉第旋光镜和第二光纤法拉第旋光镜实现；激光光束依次经过所述光纤环行器的光纤环行器第一端口、光纤环行器第二端口、第三光纤分束器，之后分成两部分等功率激光，分别经由延时光纤、第一光纤法拉第旋光镜和第二光纤法拉第旋光镜，然后在第一光纤法拉第旋光镜、第二光纤法拉第旋光镜两个旋光镜上反射的激光反向原路返回至所述光纤环行器，从光纤环行器第三端口输出。
具体地，探测两束所述激光光束干涉产生的迈克尔逊干涉条纹时，通过所述平衡零拍探测器和示波器实现；其中平衡零拍探测器的两个光电探头的光电传感器面分别接收来自第二光纤分束器的第二输出臂和光纤环行器第三端口输出的激光，将两路信号在所述平衡零拍探测器上实现差分探测；采用示波器读取平衡零拍探测器输出的电信号，在示波器上得到对应干涉信号的电信号。
具体地，将两路信号在所述平衡零拍探测器上实现差分探测时，通过所述光电探测器差分特点平衡零拍探测器光电探测器差分特点，将两束光信号强度做差，消除信号背景；通过所述平衡零拍光电探测器输出电压经过电缆进入所述示波器进行干涉信号显示存储处理。
本发明另一方面提供一种激光光谱频率分裂间隔测定装置，用于实现本发明一个方面中任一项所述的激光光谱频率分裂间隔测定方法，包括：
所述被测激光器，用于发射被测激光光束；
光束防反射模块，用于防止后续链路器件连接中，反向所述激光光束进入到所述被测激光器中；
取样分束模块，用于将所述激光光束分束成两束；
光束折返合束及干涉模块，用于将分束后的两束所述激光光束合束并产生光学干涉；
干涉条纹探测模块，用于探测两束所述激光光束干涉产生的迈克尔逊干涉条纹。
具体的，所述被测激光器后依次设置所述光纤隔离器、所述第一光纤分束器、所述第二光纤分束器、所述光纤环行器、所述第三光纤分束器、所述延时光纤和光纤法拉第旋光镜；所述光纤隔离器隔离后方反射光避免进入所述被测激光器中，所述第一光纤分束器将所述被测激光器的功率分为两部分；第二光纤分束器用于将激光分成两束激光，一束激光直接接入所述光电探测器的一个光电传感器上；另一束激光进入所述光纤环行器后，经所述第三光纤分束器被分成两份，其中一份依次经过所述延时光纤、所述第一法拉第旋光镜后，光束在所述延时光纤内折返，依次经过所述第三光纤分束器、所述光纤环行器，从所述光纤环行器第三端口输出，另一束光直接经过所述第二法拉第旋光镜后光束折返，在所述第三光纤分束器上与被延时光束合束后产生光纤链路上干涉，然后经过所述光纤环行器，从所述光纤环行器第三端口输出，进入所述平衡零拍光电探测器的另一个光电传感器面上。
本申请的激光光谱频率分裂间隔测定方法和测定装置能够达到以下有益效果：
本申请的激光光谱频率分裂间隔测定方法和测定装置，基于光纤结构的迈克尔逊干涉仪原理，采用法拉第旋光镜和多个光纤分束器的光纤器件，实现波长扫描的耦合光激光的双光束干涉，采用光电转换测量时域上的干涉信号，通过干涉的信号的时域变化信息将激光频率调谐范围转换为测量干涉条纹的间隔，根据干涉条纹的强度随时间变化规律，提取干涉信号中的一系列峰值和谷值对应的瞬态时间值，峰值和谷值的间距与干涉仪中的两臂等效光程差有关，光程差一定，即可计算被测激光的频率调谐某时刻的激光频率。其可以通过采用全光纤结构的实现激光频率调谐范围的测量具有结构稳定，同时利用光纤传输不会恶化光斑质量，光纤合束干涉条纹质量好的特点，便于集成化和保证光学干涉质量，并且抗振动等力学稳定性强。采用单臂光纤光路延时方案可以根据被测激光光源的调谐范围和目标测量精度，选择更换适当长度的延时光纤，使该方案更具普适性。其可以通过采用平衡零拍的干涉条纹探测方案，可以消除背景直流信号，实现更高的条纹对比度，进一步增加分辨精度，干涉条纹峰值的时间间隔在原理上与激光频率调谐范围呈正比关系，可保证测量的线性传递。利用该激光光谱频率分裂间隔测定方案，除了应用于量子场强的电磁感应透明Aut1er—Townes分裂光谱，还可以广泛应用于其他精密光谱研究、原子能级参数测定、单频激光频率扫描范围标定等领域。与传统的原子分子的吸收光谱标定特殊激光频段和光学标准具测量激光调谐范围方法相比，该激光光谱频率分裂间隔测定方法可实现较大的激光波长调谐范围、更宽调谐带宽、更高的测量精度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请的激光光谱频率分裂间隔测定方法流程图；
图2为采用迈克尔逊的干涉原理实现光电可探测的波峰波谷分布图；
图3为本申请的激光光谱频率分裂间隔测定装置结构图。
图4为本申请的激光光谱频率分裂间隔测定方法流程框图；
图中附图标记：1为被测激光器，2为光纤隔离器，3为第一光纤分束器，4为第一光纤分束器第一输出臂，5为第一光纤分束器第二输出臂，6为第二光纤分束器，7为第二光纤分束器第一输出臂，8为第二光纤分束器第二输出臂，9为光纤环行器第一端口，10为光纤环行器，11为光纤环行器第二端口，12为光纤环行器第三端口，13为第三光纤分束器，14为第三光纤分束器第一输出臂，15为第三光纤分束器第二输出臂，16为延时光纤，17为第一光纤法拉第旋光镜，18为第二光纤法拉第旋光镜，19为平衡零拍光电探测器，20为电缆，21为示波器。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
实施例1
本实施例提供一种激光光谱频率分裂间隔测定装置和测定方法，尤其适用于量子场强测量。
如图1所示，所述激光光谱频率分裂间隔测定方法，包括步骤：
将激光光束取样分束；
将分束后的两束所述激光光束反向原路返回，将其中一束所述激光光束进行延时，然后将延时后的所述激光光束与另一束所述激光光束合束进行光学干涉；
探测两束所述激光光束干涉产生的迈克尔逊干涉条纹，根据所述干涉条纹的峰峰时域差值范围，标定所述激光光束频率扫描时的瞬时频率。
图2中的双峰曲线可以是第一光纤分束器3之后的第一光纤分束器第一输出臂4得到的激光光束通过典型光学样品、原子分子等靶标材料可以产生的光谱信号，其特征在于横轴是时间，与干涉条纹同时通过示波器21采集得到，其幅值是光电探测器得到光经过靶标材料的信号强度值。
双峰曲线100的作用是作为一个具体示例，由于曲线100是和干涉条纹由同一激光源和同时采集得到的，可以在图2示意如何利用干涉条纹去测量曲线100所示的光谱信息。图2的100曲线还可以是三个、四个或者多个不同峰值高度，间距不一的光谱峰值，100只是一种最简示意图。在实际应用中，需要知道光谱信号的峰值半宽度，多峰光谱中任意两个峰值频率间隔。
在本实施例中，可以通过图2所示，采用计算软件程序可以寻找干涉条纹200的峰值和谷值，在时间轴上标定之后，再通过多项式拟合得到示波器21采集数据对应时间轴的T值和需要转化为频率轴的频率F值，即将采样时间映射到激光频率，这样采集得到光谱数据中任何点的横坐标都可以用激光频率表示。通过标定的激光频率进而可以得到光谱曲线100中的峰值半宽度和多峰光谱中任意两个峰值频率间隔。
例如，对于1000nm波长的激光，其频率为
Figure BDA0003201033620000061
Figure BDA0003201033620000062
若想测量激光频率在百MHz量级的变化，本实施例的方案是一个有效的方法。
需要明确的是，目前的测量过程，激光的频率是随时间变化的，动态的。在激光频率随时间变化过程中，可以得到激光光谱曲线100，同时也可以得到干涉条纹曲线200，而采集到的实验数据只能在示波器21上横轴显示为时刻值，代表在不同时刻激光光源输出激光波长对应所的激光频率(光速/波长),本实施例方法利用干涉条纹峰峰间距是可计算的特点，去寻找整个曲线上的横轴时刻值和激光频率对应关系。
在上述步骤中，将激光光束取样分束前，可以先进行安装被测激光器1步骤、激光光束防反射步骤。
在上述步骤中，安装被测激光器1时，采用用于量子场强测量系统中耦合光的509nm单频激光器，其波长连续可变。
在上述步骤中，激光光束防反射时，通过光纤隔离器2，防止后续链路器件连接中，反向激光进入到所述被测激光器1中。
在上述步骤中，激光光束防反射时，通过所述光纤隔离器2隔离后方的光路中器件的反射光进入到所述被测激光器1中，通过所述第一光纤分束器3将所述被测激光器1的功率分为两部分，其中取样的一部分功率用于激光调谐频率范围测量，在时域上结合光谱谱线进行频率标定。
在上述步骤中，将所述激光光束取样分束时，通过第一光纤分束器3，将取样部分功率用于激光干涉测量激光频率；通过第二光纤分束器6，将取样一半的激光功率用于后续双光束干涉，另一半输入至平衡零拍光电探测器19。
在上述步骤中，将分束后的两束所述激光光束折返合束，且进行光学干涉时，通过光纤环行器10、第三光纤分束器13、延时光纤16、第一光纤法拉第旋光镜17和第二光纤法拉第旋光镜18实现；激光光束依次经过所述光纤环行器10的光纤环行器第一端口9、光纤环行器第二端口11、第三光纤分束器13，之后分成两部分等功率激光，分别经由延时光纤16、第一光纤法拉第旋光镜17和第二光纤法拉第旋光镜18，然后在第一光纤法拉第旋光镜17、第二光纤法拉第旋光镜18两个旋光镜上反射的激光反向原路返回至所述光纤环行器10，从光纤环行器第三端口12输出。
在上述步骤中，探测两束所述激光光束干涉产生的迈克尔逊干涉条纹时，通过所述平衡零拍探测器19和示波器21实现；其中平衡零拍探测器19的两个光电探头的光电传感器面分别接收来自第二光纤分束器的第二输出臂8和光纤环行器第三端口12输出的激光，将两路信号在所述平衡零拍探测器19上实现差分探测；采用示波器21读取输出的电信号，得到对应干涉信号的电信号。
在上述步骤中，将两路信号在所述平衡零拍探测器19上实现差分探测时，通过所述平衡零拍探测器19光电探测器差分特点，将两束光信强度度做差，消除信号背景；通过所述平衡零拍光电探测器19输出电压经过电缆20进入所述示波器21进行干涉信号显示存储处理。
在上述步骤中，采用所述被测激光器1的波长为时域内周期性连续变化。
在上述步骤中，如图2所示，采用迈克尔逊的干涉原理实现光电可探测的波峰波谷分布图。
在上述步骤中，选用的光纤器件具有高稳定性和光斑质量保持的特点，相比空间传输的激光干涉方案具有更好的干涉效果。
在上述步骤中，双光束折返合束光学干涉步骤中，选用的所述第三光纤分束器13既当作正向分束，也当作反向传输的两路激光的合束器。
在上述步骤中，光纤延时广义上包含干涉的两光路中的所有光程差。
在上述步骤中，采用所述平衡零拍探测器19可以消除干涉条纹曲线的直流背景成分，增强干涉对比度。
优选地，采用有关光学器件为全光纤的，可不必使用较多的光学平台、镜架等机械器件，便于快速组装成性能稳定、对振动不敏感的测试模块。
特别地，采用所述第一光纤分束器3的功率分束比为95/5，采用所述第二光纤分束器6，采用所述第三光纤分束器13的功率分束比为50/50。
在上述步骤中，将所述被测激光器1与第一光纤分束器3连接，连接方式可以根据被测激光类型选择光纤连接或者空间光耦合输入。
在上述步骤中，光纤隔离器2、第一光纤分束器3、第二光纤分束器6、光纤环行器10、第三光纤分束器13、延时光纤16、第一光纤法拉第旋光镜17、第二光纤法拉第旋光镜18的连接采用光纤熔接设备进行光路连接，以实现高效率、高稳定性的传递。
如图2所示，在所述示波器21上，同时可以根据里德堡原子的电磁感应透明分裂光谱，读取极大值和极小值，可计算干涉谱的光谱极大值频率间隔为式(Ⅰ)所示：
Figure BDA0003201033620000091
干涉条纹的强度波形可如式(II)所示：
Figure BDA0003201033620000092
式(Ⅰ)和式(Ⅱ)中，I0为干涉仪输入光强，K为干涉条纹可见度，f为被测激光的瞬时中心波长，c为光速，L为延时光纤16的长度，neff为对应延时光纤16在被测激光波长处的有效折射率。
在上述步骤中，经过延时的光路，两次穿过所述延时光纤16，其等效光程差为所述延时光纤16程度的两倍，同时此方案可以缩短所述延时光纤16的长度。
如图2所示，曲线100为量子场测量激光光谱，量子场强测量分裂左侧峰101和量子场强测量分裂右侧峰102的峰值间隔与微波场强幅值成正比，由于激光波长处于扫描状态，同时采用如图3所示的测定装置，可以得到为双光束干涉条纹谱200，通过干涉条纹谱的峰值和谷值标示出，即可在时间轴上得到扫描时间横轴刻度300，通过将时间横轴刻度再次细致等分间隔，可以得到类似标尺的工具，实现量子场测量激光光谱100的两峰值间隔的测量，进而用于测定微波场强的幅值，则所述激光光束扫描时的频率为曲线100上相邻两个峰值，即左侧峰101和右侧峰102，之间双光束干涉条纹谱200上具有的干涉条纹周期的个数。
本实施例的测定方法可以测量类似于图2所示的光谱图，其峰值可以是多个。
在上述步骤中，对于被测激光的周期性频率调谐，也可以将调谐的控制信号接入所示示波器21的触发通道，实现稳定的干涉条纹观察。
实施例2
一种激光光谱频率分裂间隔测定装置，用于实现如实施例1中任一项所述的激光光谱频率分裂间隔测定方法，包括：
所述被测激光器1，用于发射被测激光光束；
光束防反射模块，用于防止后续链路器件连接中，反向所述激光光束进入到所述被测激光器1中；
取样分束模块，用于将所述激光光束分束成两束；
光束折返合束及干涉模块，用于将分束后的两束所述激光光束合束并产生光学干涉；
干涉条纹探测模块，用于探测两束所述激光光束干涉产生的迈克尔逊干涉条纹。
具体的，如图3所示，所述激光光谱频率分裂间隔测定装置，所述光束防反射模块包括光纤隔离器2；所述取样分束模块包括第一光纤分束器3和第二光纤分束器6；所述光束折返合束及干涉模块包括光纤环行器10、第三光纤分束器13、延时光纤16、第一光纤法拉第旋光镜17和第二光纤法拉第旋光镜18，所述光纤环行器10包括光纤环行器第一端口9、光纤环行器第二端口11和光纤环行器第三端口12；所述干涉条纹探测模块包括平衡零拍探测器19和示波器21；
所述被测激光器1之后依次设置所述光纤隔离器2、所述第一光纤分束器3、所述第二光纤分束器6、所述光纤环行器10、所述第三光纤分束器13、所述延时光纤11和光纤法拉第旋光镜；其中，所述光纤隔离器2用于隔离后方的光路中器件的反射光进入到所述被测激光器1中，所述第一光纤分束器3用于将所述被测激光器1的功率分为90/10的两部分，其中90％的功率可以用于其他的光谱信号测量，取样的10％功率用于此处的激光调谐频率范围测量装置，在时域上结合光谱谱线进行频率标定。所述光纤法拉第旋光镜包括第一法拉第旋光镜17、第二光纤法拉第旋光镜18。
第二光纤分束器6用于将激光分成相等的两束激光，一束激光直接接入所述光电探测器19的一个光电传感器上，作为参考背景光；另一束激光进入所述光纤环行器10，随后经过所述第三光纤分束器13，被分成相等的两份，其中一份依次经过所述延时光纤16、所述第一法拉第旋光镜17之后，光束在所述延时光纤16内折返，依次经过所述第三光纤分束器13、所述光纤环行器10，从所述光纤环行器第三端口12输出，另一束光直接经过所述第二法拉第旋光镜18后光束折返，在所述第三光纤分束器13上与被延时光束合束后产生光纤链路上干涉，然后经过所述光纤环行器10，从所述光纤环行器第三端口12输出，进入所述平衡零拍光电探测器19的另一个光电传感器面上，光电探测器差分特点，可以将两束光信号轻度做差，消除信号背景。得到对比度强的干涉效果。所述平衡零拍光电探测器19输出电压经过电缆20进入所述示波器21进行干涉信号显示存储处理。
如图3所示，所述第一光纤分束器3可以设置第一光纤分束器第一输出臂4和第一光纤分束器第二输出臂5，所述第二光纤分束器6设置在所述第一光纤分束器第二输出臂5之后。所述第二光纤分束器6可以设置第二光纤分束器第一输出臂7和第二光纤分束器第二输出臂8，所述第二光纤分束器第一输出臂7之后布置所述光纤环行器10的所述光纤环行器第一端口9，所述第二光纤分束器第二输出臂8之后设置平衡零拍光电探测器19。所述第三光纤分束器13设置第三光纤分束器第一输出臂14和第三光纤分束器第二输出臂15，所述第三光纤分束器第一输出臂14之后设置延时光纤16，所述第三光纤分束器第二输出臂15之后设置所述第二光纤法拉第旋光镜18。
如图4所示，为本实施例的激光光谱频率分裂间隔测定方法流程框图。以第1个峰值对应的频率为0，第i个峰值的时间为ti，频率值为i×f，其中f为公式(I)的频率间隔。由此得到(ti,i×f)采样值序列，i＝1～N；进一步地，通过插值取得任意时间点的瞬时频率。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种激光光谱频率分裂间隔测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
将激光光束取样分束；
将分束后的两束所述激光光束反向原路返回，将其中一束所述激光光束进行延时，然后将延时后的所述激光光束与另一束所述激光光束合束进行光学干涉；
探测两束所述激光光束干涉产生的迈克尔逊干涉条纹，根据所述干涉条纹的峰峰时域差值范围，标定所述激光光束频率扫描时的瞬时频率。
2.如权利要求1所述的激光光谱频率分裂间隔测定方法，其特征在于，安装被测激光器时，采用用于量子场强测量系统中耦合光的509nm单频激光器，其波长连续可变。
3.如权利要求1所述的激光光谱频率分裂间隔测定方法，其特征在于，激光光束防反射时，通过光纤隔离器，防止后续链路器件连接中，反向激光进入到所述被测激光器中。
4.如权利要求3所述的激光光谱频率分裂间隔测定方法，其特征在于，通过所述光纤隔离器隔离后方的光路中器件的反射光进入到所述被测激光器中，通过第一光纤分束器将所述被测激光器的功率分为两部分，其中取样的一部分功率用于激光调谐频率范围测量，在时域上结合光谱谱线进行频率标定。
5.如权利要求1所述的激光光谱频率分裂间隔测定方法，其特征在于，将所述激光光束取样分束时，通过第一光纤分束器，将取样部分功率用于激光干涉测量激光频率；通过第二光纤分束器，将取样一半的激光功率用于后续双光束干涉，另一半输入至平衡零拍光电探测器。
6.如权利要求1所述的激光光谱频率分裂间隔测定方法，其特征在于，将分束后的两束所述激光光束折返合束，且进行光学干涉时，通过光纤环行器、第三光纤分束器、延时光纤、第一光纤法拉第旋光镜和第二光纤法拉第旋光镜实现；激光光束依次经过所述光纤环行器的光纤环行器第一端口、光纤环行器第二端口、第三光纤分束器，之后分成两部分等功率激光，分别经由延时光纤、第一光纤法拉第旋光镜和第二光纤法拉第旋光镜，然后在第一光纤法拉第旋光镜、第二光纤法拉第旋光镜两个旋光镜上反射的激光反向原路返回至所述光纤环行器，从光纤环行器第三端口输出。
7.如权利要求1所述的激光光谱频率分裂间隔测定方法，其特征在于，探测两束所述激光光束干涉产生的迈克尔逊干涉条纹时，通过所述平衡零拍探测器和示波器实现；其中平衡零拍探测器的两个光电探头的光电传感器面分别接收来自第二光纤分束器的第二输出臂和光纤环行器第三端口输出的激光，将两路信号在所述平衡零拍探测器上实现差分探测；采用示波器读取平衡零拍探测器输出的电信号，在示波器上得到对应干涉信号的电信号。
8.如权利要求1所述的激光光谱频率分裂间隔测定方法，其特征在于，将两路信号在所述平衡零拍探测器上实现差分探测时，通过所述光电探测器差分特点平衡零拍探测器光电探测器差分特点，将两束光信号强度做差，消除信号背景；通过所述平衡零拍光电探测器输出电压经过电缆进入所述示波器进行干涉信号显示存储处理。
9.一种激光光谱频率分裂间隔测定装置，用于实现如权利要求1-8中任一项所述的激光光谱频率分裂间隔测定方法，其特征在于，包括：
所述被测激光器，用于发射被测激光光束；
光束防反射模块，用于防止后续链路器件连接中，反向所述激光光束进入到所述被测激光器中；
取样分束模块，用于将所述激光光束分束成两束；
光束折返合束及干涉模块，用于将分束后的两束所述激光光束合束并产生光学干涉；
干涉条纹探测模块，用于探测两束所述激光光束干涉产生的迈克尔逊干涉条纹。
10.如权利要求9所述的激光光谱频率分裂间隔测定装置，其特征在于，
所述被测激光器后依次设置所述光纤隔离器、所述第一光纤分束器、所述第二光纤分束器、所述光纤环行器、所述第三光纤分束器、所述延时光纤和光纤法拉第旋光镜；所述光纤隔离器隔离后方反射光避免进入所述被测激光器中，所述第一光纤分束器将所述被测激光器的功率分为两部分；第二光纤分束器用于将激光分成两束激光，一束激光直接接入所述光电探测器的一个光电传感器上；另一束激光进入所述光纤环行器后，经所述第三光纤分束器被分成两份，其中一份依次经过所述延时光纤、所述第一法拉第旋光镜后，光束在所述延时光纤内折返，依次经过所述第三光纤分束器、所述光纤环行器，从所述光纤环行器第三端口输出，另一束光直接经过所述第二法拉第旋光镜后光束折返，在所述第三光纤分束器上与被延时光束合束后产生光纤链路上干涉，然后经过所述光纤环行器，从所述光纤环行器第三端口输出，进入所述平衡零拍光电探测器的另一个光电传感器面上。
CN202110904231.5A 2021-08-06 2021-08-06 一种激光光谱频率分裂间隔测定方法和测定装置 Active CN113804295B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110904231.5A CN113804295B (zh) 2021-08-06 2021-08-06 一种激光光谱频率分裂间隔测定方法和测定装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110904231.5A CN113804295B (zh) 2021-08-06 2021-08-06 一种激光光谱频率分裂间隔测定方法和测定装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113804295A true CN113804295A (zh) 2021-12-17
CN113804295B CN113804295B (zh) 2023-04-07

Family

ID=78942802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110904231.5A Active CN113804295B (zh) 2021-08-06 2021-08-06 一种激光光谱频率分裂间隔测定方法和测定装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113804295B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6816515B1 (en) * 1998-04-28 2004-11-09 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Wavelength-swept laser and method for its operation
CN104776923A (zh) * 2015-03-31 2015-07-15 天津大学 基于频率扫描干涉的外时钟信号频率振荡测量装置及方法
US20160123837A1 (en) * 2013-06-10 2016-05-05 General Photonics Corporation Devices and methods for characterization of distributed fiber bend and stress
CN105812053A (zh) * 2016-03-07 2016-07-27 北京邮电大学 瞬时频率测量方法及系统
CN110081974A (zh) * 2019-05-22 2019-08-02 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种激光线宽测量系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6816515B1 (en) * 1998-04-28 2004-11-09 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Wavelength-swept laser and method for its operation
US20160123837A1 (en) * 2013-06-10 2016-05-05 General Photonics Corporation Devices and methods for characterization of distributed fiber bend and stress
CN104776923A (zh) * 2015-03-31 2015-07-15 天津大学 基于频率扫描干涉的外时钟信号频率振荡测量装置及方法
CN105812053A (zh) * 2016-03-07 2016-07-27 北京邮电大学 瞬时频率测量方法及系统
CN110081974A (zh) * 2019-05-22 2019-08-02 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种激光线宽测量系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN113804295B (zh) 2023-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110411335B (zh) 差动式正弦相位调制激光干涉纳米位移测量装置及方法
CN108827601A (zh) 一种光纤干涉仪臂长差的测量装置
US4558952A (en) Method for measuring an optical length of light path and a laser interferometer for carrying same into effect
CN108801153B (zh) 光纤长度测量方法及测量装置
CN101832821B (zh) 基于合成波长的激光波长测量方法及装置
CN110207733B (zh) 基于扫频激光的光纤干涉仪臂长差测量装置及方法
CN112923960B (zh) 用于校正非线性调谐效应的光纤参数测量装置
CN112129491B (zh) 基于单光频梳干涉的光纤时延测量方法及装置
CN107806821B (zh) 用集成四光电探测器的差分单频干涉信号处理装置及方法
CN106017333B (zh) 基于相位调制的双激光单频干涉纳米位移测量装置及方法
CN112197938B (zh) 一种光纤水听器阵列光程差的测试设备及方法
CN108844717A (zh) 一种光纤干涉仪臂长差的测量方法
CN110530531B (zh) 基于迈克尔逊干涉的喷泉型原子重力仪光束相位变化测量装置与方法
CN109269418B (zh) 基于气体吸收池校准的光纤标定系统及使用方法
CN208780351U (zh) 一种基于三f-p标准具的高精度波长测量装置
CN113804295B (zh) 一种激光光谱频率分裂间隔测定方法和测定装置
CN201637492U (zh) 一种基于合成波长的激光波长测量装置
CN104655029B (zh) 一种位相增强型薄膜厚度测量方法和系统
CN211554315U (zh) 一种调频连续波激光测距系统
CN204612666U (zh) 一种位相增强型薄膜厚度测量系统
CN209400088U (zh) 一种激光干涉式波长测量教学实验装置
CN113804413B (zh) 一种全光纤式的激光调谐频率测量方法和测量装置
CN113726424A (zh) 一种动态线宽测量系统及其测量方法
JPH05203410A (ja) 光周波数領域反射点測定方法及びその装置
CN111756436B (zh) 光纤通信中分布式插损回损测量装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant