CN1267696C - 采用布里渊环形激光器测量超窄激光线宽的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
采用布里渊环形激光器测量超窄激光线宽的装置和方法，它涉及激光线宽的测量装置和方法。激光源(1)的输出与隔离器(2)的输入连接，(2)的输出与光纤耦合器(3)的输入连接，(3)的输出与光纤耦合器(4)的输入连接，(4)的输出与第一光电二极管(13)的输入连接，(13)的输出与频谱分析仪(14)的输入连接，光纤环形腔(12)是由单模光纤构成的开口环(15)的一端与(3)的端口(3-2)连接，(15)的另一端与(3)的端口(3-3)连接构成。其方法：将待测激光通过隔离器送入(12)内，待测激光功率达到SBS阈值时在(12)内产生一阶Stokes光，一阶Stokes光的功率达到SBS阈值时在(12)内产生二阶Stokes光，将二阶Stokes光和待测激光的拍频通过频谱分析仪就可测出其线宽。本发明具有装置简单、测量精度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量激光线宽的测量装置和测量方法，具体是涉及一种采用布里渊环形激光器测量超窄激光线宽的装置和方法。
背景技术
目前，测量1MHz以下的激光线宽所采用的方法是光纤延时自差拍法。这种方法是通过增加延时光纤的长度来提高分辨率，理论上只要延时光纤足够长，可分辨的频率就可以足够小。但它的缺点也在于此，若要测量极窄的激光线宽，就必须使用足够长的光纤，这样使得测量装置复杂，而且测量精度不高。美国专利US5764359A采用拍频法测量激光线宽，利用在一段光纤中产生的一阶受激布里渊散射光作为参考光，但是它所测量的最小线宽是布里渊增益线宽(约为几十MHz)，所以无法测量超窄激光线宽，即几十Hz的激光线宽。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用布里渊环形激光器测量超窄激光线宽的装置和方法，以克服现有技术中测量超窄激光线宽装置复杂且测量精度不高的缺陷。
本发明的装置包含激光源1、第一光纤耦合器3、第二光纤耦合器4、单模光纤、第一光电二极管13、频谱分析仪14，第一光电二极管13的输出端与频谱分析仪14的输入端由导线连接；它还包含隔离器2，由单模光纤构成的开口环15的一端与第一光纤耦合器3的光传输端口3-2连接，开口环15的另一端与第一光纤耦合器3的光传输端口3-3连接，单模光纤与第一光纤耦合器3构成光纤环形腔12，第一光纤耦合器3的耦合比是95∶5～98∶2，第二光纤耦合器4的耦合比是55∶45～45∶55，激光源1的输出端与隔离器2的输入端由光纤连接，隔离器2的输出端与第一光纤耦合器3的输入端3-1由光纤连接，第一光纤耦合器3的输出端3-4与第二光纤耦合器4的输入端由光纤连接，第二光纤耦合器4的第一个输出端4-2与第一光电二极管13的输入端由光纤连接。本发明的测量方法是使待测激光与一束参考激光干涉产生拍频，通过频谱分析仪测量拍频的宽度就可以得到待测激光的线宽。本发明的测量方法由以下步骤完成：一、将激光源发出的待测激光通过隔离器送入光纤环形腔；二、当待测激光的功率为几十μW～几百μW达到SBS(受激布里渊散射)阈值时，就会在光纤环形腔内产生与待测激光传输方向相反的顺时针方向传输的一阶Stokes光；三、当一阶Stokes光的功率达到SBS(受激布里渊散射)阈值时，就会在光纤环形腔内产生与待测激光传输方向相同的逆时针方向传输的二阶Stokes光，对于所述二阶Stokes光应满足以下标准：(1)所述二阶Stokes光的频率与待测激光的频率相近，即待测激光与二阶Stokes光的频率为20～26GHz，(2)所述二阶Stokes光的线宽非常窄，即待测激光的线宽为亚MHz时，一阶Stokes光的线宽压缩到几～几十Hz，二阶Stokes光的线宽达到亚Hz水平，此时二阶Stokes光的线宽接近为零，拍频频谱与待测激光的频谱相同；四、这时部分待测激光和二阶Stokes光就会从光纤耦合器的输出端同时输出；五、待测激光和二阶Stokes光产生的拍频通过频谱分析仪时就可以测量出其线宽。在上述方法中由于光纤环形腔12具有很高的精细度，光纤环形腔12内激光的能量不断累积，因此在光纤环形腔12内逆时针方向传输的待测激光9的功率要远远大于激光源1发射的待测激光9的功率。在上述方法中一阶Stokes光10是光纤环形腔12内的一个纵模模式，可以在光纤环形腔12内振荡，随着待测激光9的功率提高，一阶Stokes光10的功率也不断提高。在上述方法中二阶Stokes光11也是光纤环形腔12内的一个纵模模式。本发明采用在光纤环形腔12内产生的二阶Stokes光11作为参考光来进行测量。本发明具有以下优点：1、测量装置结构简单，该装置使用的光学器件较少，而且不需要很长的光纤。2、测量精度高，本发明中作为参考光的二阶Stokes光11的线宽更窄，可以达到亚Hz水平，因此可以准确反映待测激光的光谱线型。3、测量波段宽，该装置不受待测激光的波长限制，对于较宽范围的波段都可以测量。
附图说明
图1是本发明具体实施方式一的结构示意图，图2是本发明具体实施方式二的结构示意图，图3是稳频电路7的电路结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式参照图1，它由激光源1、第一光纤耦合器3、第二光纤耦合器4、单模光纤、第一光电二极管13、频谱分析仪14和隔离器2组成，由单模光纤构成的开口环15的一端与第一光纤耦合器3的光传输端口3-2连接，开口环15的另一端与第一光纤耦合器3的光传输端口3-3连接，单模光纤与第一光纤耦合器3构成光纤环形腔12，第一光纤耦合器3的耦合比是95∶5～98∶2，第二光纤耦合器4的耦合比是55∶45～45∶55，激光源1的输出端与隔离器2的输入端由光纤连接，隔离器2的输出端与第一光纤耦合器3的输入端3-1由光纤连接，第一光纤耦合器3的输出端3-4与第二光纤耦合器4的输入端由光纤连接，第二光纤耦合器4的第一个输出端4-2与第一光电二极管13的输入端由光纤连接，第一光电二极管13的输出端与频谱分析仪14的输入端由导线连接。本发明的测量方法是使待测激光与一束参考激光干涉产生拍频，通过频谱分析仪测量拍频的宽度就可以得到待测激光的线宽。本发明的测量方法由以下步骤完成：一、将激光源发出的待测激光通过隔离器送入光纤环形腔；二、当待测激光的功率为几十μW～几百μW达到SBS(受激布里渊散射)阈值时，就会在光纤环形腔内产生与待测激光传输方向相反的顺时针方向传输的一阶Stokes光；三、当一阶Stokes光的功率达到SBS(受激布里渊散射)阈值时，就会在光纤环形腔内产生与待测激光传输方向相同的逆时针方向传输的二阶Stokes光，对于所述二阶Stokes光应满足以下标准：(1)所述二阶Stokes光的频率与待测激光的频率相近，即待测激光与二阶Stokes光的频率为20～26GHz，(2)所述二阶Stokes光的线宽非常窄，即待测激光的线宽为亚MHz时，一阶Stokes光的线宽压缩到几～几十Hz，二阶Stokes光的线宽达到亚Hz水平，此时二阶Stokes光的线宽接近为零，拍频频谱与待测激光的频谱相同；四、这时部分待测激光和二阶Stokes光就会从光纤耦合器的输出端同时输出；五、待测激光和二阶Stokes光产生的拍频通过频谱分析仪时就可以测量出其线宽。
具体实施方式二：参照图2，本实施方式与具体实施方式一不同的是，它还包括可调滤波器5、第二光电二极管6、稳频电路7、光纤相位调制器8。第二光纤耦合器4的第二个输出端4-1与可调滤波器5的输入端由光纤连接，可调滤波器5的输出端与第二光电二极管6的输入端由光纤连接，第二光电二极管6的输出端与稳频电路7的输入端由导线连接，稳频电路7的输出端与光纤相位调制器8的电压输入端8-1由导线连接。光纤相位调制器8的两个光传输端口串联在由单模光纤构成的开口环15中，并与第一光纤耦合器3对称设置。所述的可调滤波器5，其作用是滤除从第二光纤耦合器4的第二个输出端4-1输出的二阶Stokes光11。所述的稳频电路7参照图3，它由选频放大器7-1、音频振荡器7-2、加法器7-3、积分器7-4、相敏检波器7-5组成。选频放大器7-1的输入端接第二光电二极管6的输出端，选频放大器7-1的输出端与相敏检波器7-5的第一个输入端连接，相敏检波器7-5的输出端与积分器7-4的输入端连接，积分器7-4的输出端与加法器7-3的第一个输入端连接，音频振荡器7-2的第一个输出端与相敏检波器7-5的第二个输入端连接，音频振荡器7-2的第二个输出端与加法器7-3的第二个输入端连接，加法器7-3的输出端接光纤相位调制器8的电压输入端8-1。光纤相位调制器8本发明选用的型号是FPS-001-01-N-FC/PC，稳频电路7通过改变施加给光纤相位调制器8的电压来改变构成光纤开口环15的单模光纤的长度，使待测激光9在光纤环形腔12内谐振。
Claims (4)
1、采用布里渊环形激光器测量超窄激光线宽的装置，它包含激光源(1)、第一光纤耦合器(3)、第二光纤耦合器(4)、单模光纤、第一光电二极管(13)、频谱分析仪(14)，第一光电二极管(13)的输出端与频谱分析仪(14)的输入端由导线连接；其特征在于它还包含隔离器(2)，由单模光纤构成的开口环(15)的一端与第一光纤耦合器(3)的光传输端口(3-2)连接，开口环(15)的另一端与第一光纤耦合器(3)的光传输端口(3-3)连接，单模光纤与第一光纤耦合器(3)构成光纤环形腔(12)，第一光纤耦合器(3)的耦合比是95∶5～98∶2，第二光纤耦合器(4)的耦合比是55∶45～45∶55，激光源(1)的输出端与隔离器(2)的输入端由光纤连接，隔离器(2)的输出端与第一光纤耦合器(3)的输入端(3-1)由光纤连接，第一光纤耦合器(3)的输出端(3-4)与第二光纤耦合器(4)的输入端由光纤连接，第二光纤耦合器(4)的第一个输出端(4-2)与第一光电二极管(13)的输入端由光纤连接。
2、根据权利要求1所述的采用布里渊环形激光器测量超窄激光线宽的装置，其特征在于它还包括可调滤波器(5)、第二光电二极管(6)、稳频电路(7)、光纤相位调制器(8)，第二光纤耦合器(4)的第二个输出端(4-1)与可调滤波器(5)的输入端由光纤连接，可调滤波器(5)的输出端与第二光电二极管(6)的输入端由光纤连接，第二光电二极管(6)的输出端与稳频电路(7)的输入端由导线连接，稳频电路(7)的输出端与光纤相位调制器(8)的电压输入端(8-1)由导线连接，光纤相位调制器(8)的两个光传输端口串联在由单模光纤构成的开口环(15)中，并与第一光纤耦合器(3)对称设置。
3、根据权利要求2所述的采用布里渊环形激光器测量超窄激光线宽的装置，其特征在于稳频电路(7)，它由选频放大器(7-1)、音频振荡器(7-2)、加法器(7-3)、积分器(7-4)、相敏检波器(7-5)组成，选频放大器(7-1)的输入端接第二光电二极管(6)的输出端，选频放大器(7-1)的输出端与相敏检波器(7-5)的第一个输入端连接，相敏检波器(7-5)的输出端与积分器(7-4)的输入端连接，积分器(7-4)的输出端与加法器(7-3)的第一个输入端连接，音频振荡器(7-2)的第一个输出端与相敏检波器(7-5)的第二个输入端连接，音频振荡器(7-2)的第二个输出端与加法器(7-3)的第二个输入端连接。
4、采用布里渊环形激光器测量超窄激光线宽的方法，其特征在于它由以下步骤完成：一、将激光源发出的待测激光通过隔离器送入光纤环形腔；二、当待测激光的功率为几十μW～几百μW达到SBS阈值时，就会在光纤环形腔内产生与待测激光传输方向相反的顺时针方向传输的一阶Stokes光；三、当一阶Stokes光的功率达到SBS阈值时，就会在光纤环形腔内产生与待测激光传输方向相同的逆时针方向传输的二阶Stokes光，对于所述二阶Stokes光应满足以下标准：(1)所述二阶Stokes光的频率与待测激光的频率相近，即待测激光与二阶Stokes光的频率为20～26GHz，(2)所述二阶Stokes光的线宽非常窄，即待测激光的线宽为亚MHz时，一阶Stokes光的线宽压缩到几～几十Hz，二阶Stokes光的线宽达到亚Hz水平，此时二阶Stokes光的线宽接近为零，拍频频谱与待测激光的频谱相同；四、这时部分待测激光和二阶Stokes光就会从光纤耦合器的输出端同时输出；五、待测激光和二阶Stokes光产生的拍频通过频谱分析仪时就可以测量出其线宽。
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