CN117490980A - 超宽带波长自适应高精度单频激光线宽测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

超宽带波长自适应高精度单频激光线宽测试系统及方法，属于光纤通信技术领域。使用氦氖激光器和迈克尔逊干涉仪构成波长测量装置，第一光电探测器、第二光电探测器将光信号转换成电信号传递给数据采集卡以及信号处理模块，处理后传输至计算机控制系统，控制系统根据计算所得的波长值控制第一光开关、第二光开关，经过1.0μm、1.5μm、2.0μm线宽测量装置的干涉光信号经过第一光开关、第二光开关，传递光信号给第三光电探测器、第四光电探测器，经过光电转换的电信号传输至信号采集卡以及信号处理模块，被计算机控制系统接收，计算得出线宽值。

Description

超宽带波长自适应高精度单频激光线宽测试系统及方法

技术领域

本发明涉及超宽带波长自适应高精度单频激光线宽测试系统及方法，属于光纤通信技术领域。

背景技术

连续波单频光纤激光器在相干光通信、相干激光雷达、高精度光纤传感等领域有着十分重要的地位，目前主要包含1.0μm波段的掺镱光纤激光器、1.5μm波段的掺铒光纤激光器、2.0μm波段的掺铥光纤激光器，总体波长覆盖范围为0.8μm～2.4μm。单频激光器线宽参数是衡量激光器性能和影响其应用特性的最重要指标之一，窄线宽特性意味着其具有良好的单色性和相干性。随着光纤通信网络密集波分复用系统的发展，1.55μm波段单频光纤激光器因其线宽窄且与通信系统兼容，以及在密集波分复用系统进一步扩容上的应用前景受到人们的重视，对其线宽量级也提出了很高的要求，单通道1.6Tb/s的相干光通信系统要求激光器线宽小于5kHz。对于目前发展迅速的相干探测分布式光纤传感系统，探测距离在100km以上时，激光器光纤的线宽需小于1kHz，且随着探测距离的不断扩大，所需激光器的线宽将成比例减小。2μm波段激光处于低损耗大气光传输窗口附近2μm～2.4μm，在大气传输、自由空间光通信等方面应用广泛，由于激光线宽决定了可调制的信号速率，输出光功率和光谱的波动会引起接收端幅度噪声的累积，导致接收端误码率的恶化，因其对于激光线宽的准确评价和测量至关重要。研究提高激光器输出光功率和光谱的稳定性等因素，必须能够对激光输出线宽的动态特性进行准确表征，这也对线宽测量系统的分辨率、精度、测量速度有较高要求。

传统光谱测量方法存在测量速度、光谱范围和分辨率相互制约的问题，使用高分辨率波长计只能单纯测量激光中心波长。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种超宽带波长自适应高精度单频激光线宽测试系统及方法。

一种超宽带波长自适应高精度单频激光线宽测试系统，待测激光器与1×4第三光开关连接，1×4第三光开关的另一端分别与迈克尔逊干涉仪、第一隔离器、第二隔离器及第三隔离器连接，氦氖激光器与迈克尔逊干涉仪连接，第一隔离器与1.0μm 3×3第一保偏耦合器连接，1.0μm 3×3第一保偏耦合器的另一端与50m第一单模光纤、第二平面反射镜连接，50m第一单模光纤与第一平面反射镜连接，第二隔离器与1.5μm 3×3第二保偏耦合器连接，1.5μm 3×3第二保偏耦合器的另一端与50m第二单模光纤、第四平面反射镜连接，50m第二单模光纤与第三平面反射镜连接，第三隔离器与2.0μm 3×3第三保偏耦合器连接，2.0μm3×3第三保偏耦合器的另一端与50m第三单模光纤、第六平面反射镜连接，50m第三单模光纤与第五平面反射镜连接，1×4第一光开关、1×4第二光开关、数据采集卡以及信号处理模块、氦氖激光器及迈克尔逊干涉仪分别与计算机控制系统，迈克尔逊干涉仪分别与第一光电探测器、第二光电探测器连接，第一光电探测器的另一端、第二光电探测器的另一端分别与数据采集卡以及信号处理模块连接，1×4第二光开关分别与2.0μm 3×3第三保偏耦合器、1.5μm 3×3第二保偏耦合器、及1.0μm 3×3第一保偏耦合器连接，1×4第一光开关分别与2.0μm 3×3第三保偏耦合器、1.5μm 3×3第二保偏耦合器及1.0μm 3×3第一保偏耦合器连接，1×4第一光开关与第三光电探测器连接，第三光电探测器的另一端与数据采集卡以及信号处理模块连接。

一种超宽带波长自适应高精度单频激光线宽测试方法，含有以下步骤:使用氦氖激光器和迈克尔逊干涉仪构成波长测量装置，第一光电探测器、第二光电探测器将光信号转换成电信号传递给数据采集卡以及信号处理模块，处理后传输至计算机控制系统，控制系统根据计算所得的波长值控制第一光开关、第二光开关，经过1.0μm、1.5μm、2.0μm线宽测量装置的干涉光信号经过第一光开关、第二光开关，传递光信号给第三光电探测器、第四光电探测器，经过光电转换的电信号传输至信号采集卡以及信号处理模块，被计算机控制系统接收，计算得出线宽值。

待测激光通过1×4第三光开关分成四路，其中一路光进入基于迈克尔逊干涉仪的波长测量系统，另外三路光分别通过第一隔离器、第二隔离器、第三隔离器进入1.0μm、1.5μm、2.0μm的线宽测量系统。

计算机控制系统反馈给输出端的第一光开关、第二光开关发出控制指令，经过线宽测量装置的某两路光信号传递给第三光电探测器、第四光电探测器，进而进行数据处理，获得线宽值。

本发明的优点是:主要解决的技术问题是受限于光栅分光测波长无法同时兼顾宽波段和高精度，以及2μm波段采用传统的延时自外差法测量线宽会在数十公里的延迟线处产生较高损耗等问题，采用基于迈克尔逊干涉仪的波长测量装置，使用探测范围为0.8μm～2.4μm的光电探测器进行信号测量，能够实现宽波段高精度波长测量。采用3×3保偏耦合器搭建基于非平衡迈克尔逊干涉仪的线宽测量系统，缩短了延时光纤长度，同时能够对kHz量级的激光线宽进行测量，单次线宽测量时间为5s。系统中集成了不同波段的线宽测试装置，能够实现对1.0μm，1.5μm，2.0μm光纤激光器线宽值的精确测量。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当称元件、组件被“连接”到另一元件、组件时，它可以直接连接到其他元件或者组件，或者也可以存在中间元件或者组件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语包括技术术语和科学术语具有与所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

为便于对实施例的理解，下面将结合做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明的限定。

实施例1：如图1所示，一种超宽带波长自适应高精度单频激光线宽测试方法,含有以下步骤:使用氦氖激光器03和迈克尔逊干涉仪构成波长测量装置，第一光电探测器20、第二光电探测器21将光信号转换成电信号传递给数据采集卡以及信号处理模块26，处理后传输至计算机控制系统27，控制系统根据计算所得的波长值控制第一光开关22、第二光开关23，经过1.0μm、1.5μm、2.0μm线宽测量装置的干涉光信号经过第一光开关22、第二光开关23，传递光信号给第三光电探测器24、第四光电探测器25，经过光电转换的电信号传输至信号采集卡以及信号处理模块26，被计算机控制系统27接收，计算得出线宽值。

实施例2：如图1所示，一种超宽带波长自适应高精度单频激光线宽测试系统，待测激光器01与1×4第三光开关02连接，1×4第三光开关02的另一端分别与迈克尔逊干涉仪04、第一隔离器05、第二隔离器10及第三隔离器15连接。

氦氖激光器03与迈克尔逊干涉仪04连接。

第一隔离器05与1.0μm 3×3第一保偏耦合器06连接，1.0μm 3×3第一保偏耦合器06的另一端与50m第一单模光纤07、第二平面反射镜09连接，50m第一单模光纤07与第一平面反射镜08连接。

第二隔离器10与1.5μm 3×3第二保偏耦合器11连接，1.5μm 3×3第二保偏耦合器11的另一端与50m第二单模光纤12、第四平面反射镜14连接，50m第二单模光纤12与第三平面反射镜13连接。

第三隔离器15与2.0μm 3×3第三保偏耦合器16连接，2.0μm 3×3第三保偏耦合器16的另一端与50m第三单模光纤17、第六平面反射镜19连接，50m第三单模光纤17与第五平面反射镜18连接。

1×4第一光开关22、1×4第二光开关23、数据采集卡以及信号处理模块26、氦氖激光器03及迈克尔逊干涉仪04分别与计算机控制系统27。

迈克尔逊干涉仪04分别与第一光电探测器20、第二光电探测器21连接，第一光电探测器20的另一端、第二光电探测器21的另一端分别与数据采集卡以及信号处理模块26连接。

1×4第二光开关23分别与2.0μm 3×3第三保偏耦合器16、1.5μm 3×3第二保偏耦合器11、及1.0μm 3×3第一保偏耦合器06连接。

1×4第一光开关22分别与2.0μm 3×3第三保偏耦合器16、1.5μm 3×3第二保偏耦合器11、及1.0μm 3×3第一保偏耦合器06连接。

1×4第一光开关22与第三光电探测器24连接，第三光电探测器24的另一端与数据采集卡以及信号处理模块26连接。

实施例3：如图1所示，一种超宽带波长自适应高精度单频激光线宽测试系统，包括待测激光器01、1×4第三光开关02、氦氖激光器03、迈克尔逊干涉仪04、第一隔离器05、1.0μm波段3×3第一保偏耦合器06、50m第一单模光纤07、第一平面反射镜08、第二平面反射镜09、第二隔离器10、1.5μm 3×3第二保偏耦合器11、50m第二单模光纤12、第三平面反射镜13、第四平面反射镜14、第三隔离器15、2.0μm 3×3第三保偏耦合器16、50m第三单模光纤17、第五平面反射镜18、第六平面反射镜19、第一光电探测器20、第二光电探测器21、1×4第一光开关22、1×4第二光开关23、第三光电探测器24、第四光电探测器25、数据采集卡以及信号处理模块26、计算机控制系统27。

待测激光通过1×4第三光开关02分成四路，其中一路光进入基于迈克尔逊干涉仪的波长测量系统04，另外三路光分别通过第一隔离器05、第二隔离器10、第三隔离器15进入1.0μm、1.5μm、2.0μm的线宽测量系统。

经过迈克尔逊干涉仪04的信号光和参考光输入至第一光电探测器20、第二光电探测器21，转换成电信号，传输至信号采集卡以及信号处理模块26，计算机控制系统27反馈给输出端的第一光开关22、第二光开关23发出控制指令，经过线宽测量装置的某两路光信号传递给第三光电探测器24、第四光电探测器25，进而进行数据处理，获得线宽值。

使用高精度电控位移平台搭建基于迈克尔逊干涉仪的波长测量系统，获得了准确的波长值。

采用光开光进行分光，同时采用反馈装置，可在获得高精度波长值的同时将信号反馈给光开关，进行线宽值测量。

采用3×3保偏耦合器搭建全保偏激光线宽测量系统，保证了系统的稳定性。

基于迈克尔逊干涉仪进行波长测量，系统中采用高精度电控位移平台、具有高响应速度和相应带宽、低相位噪声的光电探测器，能够保证在0.8μm～2.4μm范围内具有良好的光谱响应度和灵敏度，同时保证了频率噪声解调效果和线宽测量准确性。

本装置使用1×4光开关、氦氖激光器、迈克尔逊干涉仪、隔离器、3×3保偏耦合器、平面反射镜、光电探测器、数据采集卡、信号处理模块及计算机控制系统。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种超宽带波长自适应高精度单频激光线宽测试系统，其特征在于，待测激光器与1×4第三光开关连接，1×4第三光开关的另一端分别与迈克尔逊干涉仪、第一隔离器、第二隔离器及第三隔离器连接，氦氖激光器与迈克尔逊干涉仪连接，

第一隔离器与1.0μm 3×3第一保偏耦合器连接，1.0μm 3×3第一保偏耦合器的另一端与50m第一单模光纤、第二平面反射镜连接，50m第一单模光纤与第一平面反射镜连接，

第二隔离器与1.5μm 3×3第二保偏耦合器连接，1.5μm 3×3第二保偏耦合器的另一端与50m第二单模光纤、第四平面反射镜连接，50m第二单模光纤与第三平面反射镜连接，

第三隔离器与2.0μm 3×3第三保偏耦合器连接，2.0μm 3×3第三保偏耦合器的另一端与50m第三单模光纤、第六平面反射镜连接，50m第三单模光纤与第五平面反射镜连接，

1×4第一光开关、1×4第二光开关、数据采集卡以及信号处理模块、氦氖激光器及迈克尔逊干涉仪分别与计算机控制系统，

迈克尔逊干涉仪分别与第一光电探测器、第二光电探测器连接，第一光电探测器的另一端、第二光电探测器的另一端分别与数据采集卡以及信号处理模块连接，

1×4第二光开关分别与2.0μm 3×3第三保偏耦合器、1.5μm 3×3第二保偏耦合器、及1.0μm 3×3第一保偏耦合器连接，

1×4第一光开关分别与2.0μm 3×3第三保偏耦合器、1.5μm 3×3第二保偏耦合器及1.0μm 3×3第一保偏耦合器连接，

1×4第一光开关与第三光电探测器连接，第三光电探测器的另一端与数据采集卡以及信号处理模块连接。

2.一种超宽带波长自适应高精度单频激光线宽测试方法，其特征在于，含有以下步骤:使用氦氖激光器和迈克尔逊干涉仪构成波长测量装置，第一光电探测器、第二光电探测器将光信号转换成电信号传递给数据采集卡以及信号处理模块，处理后传输至计算机控制系统，控制系统根据计算所得的波长值控制第一光开关、第二光开关，经过1.0μm、1.5μm、2.0μm线宽测量装置的干涉光信号经过第一光开关、第二光开关，传递光信号给第三光电探测器、第四光电探测器，经过光电转换的电信号传输至信号采集卡以及信号处理模块，被计算机控制系统接收，计算得出线宽值。

待测激光通过1×4第三光开关分成四路，其中一路光进入基于迈克尔逊干涉仪的波长测量系统，另外三路光分别通过第一隔离器、第二隔离器、第三隔离器进入1.0μm、1.5μm、2.0μm的线宽测量系统。

3.根据权利要求2所述的一种超宽带波长自适应高精度单频激光线宽测试方法，其特征在于，计算机控制系统反馈给输出端的第一光开关、第二光开关发出控制指令，经过线宽测量装置的某两路光信号传递给第三光电探测器、第四光电探测器，进而进行数据处理，获得线宽值。