[发明专利]一种激光放大器相位噪声测量系统

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，涉及一种基于偏振合束与数字相移技术的激光放大器相位噪声测量系统。

背景技术

由于环境扰动、机械振动、热效应、泵浦功率起伏等因素的影响，激光放大器必然会产生一定的相位噪声分布特性。在高精度传感、引力波探测、激光相干合成等领域，放大器相位噪声的分布特性直接决定了系统的整体性能。具体而言，在高精度传感和引力波探测系统中，相位噪声的幅度和噪声谱密度决定了整个解调信号的真实性和精度；在相干合成系统中，相位噪声的幅度和噪声谱密度决定了锁相系统的设计参数和精度。因此，精确的相位噪声测量方法在高精度传感、引力波探测、激光相干合成等领域有广泛的应用前景。

目前，针对相位噪声的测量方法主要基于Mach–Zehnder干涉仪结构或者阵列排布的双光束干涉结构，整个测量系统容易受激光偏振态、振幅比等因素的影响。设计一种新的测量结构克服激光偏振态、振幅比等因素对激光放大器相位噪声测量的影响是激光传感和强激光领域一直探索和亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种激光放大器相位噪声测量系统，以避免光束的偏振态、振幅比等因素对相位噪声测量系统的影响，实现激光相位噪声的精确测量。

本发明的技术方案是，

一种激光放大器相位噪声测量系统，包括主振荡器、光学分束器、相位调制器件、相位调制信号发生器、光程调节装置、光程调节装置控制器、待测激光放大器、激光准直系统、高反镜、功率接收器、全反镜、偏振旋转器、偏振合束器、起偏器、光电探测器、相位解调系统、3dB电学分束器、π/2相移器、数据采集模块；相位调制器件上连接有相位调制信号发生器，相位调制信号发生器用来给相位调制器件施加所需频率的调制信号，光程调节装置上连接有光程调节装置控制器，光程调节装置控制器对光程调节装置进行精确控制；

主振荡器输出的光束通过光学分束器后分为两束，其中一路光束作为参考光束，另一路光束经过相位调制器件和光程调节装置后注入到待测激光放大器中；待测激光放大器放大后的光束经过第一激光准直系统准直后输出；放大准直后的光束经过高反镜后，大部分光束进入功率接收器，小部分光束经过全反镜反射后入射到第一偏振旋转器；参考光束通过第二激光准直系统后入射到第二偏振旋转器；经过第一偏振旋转器和第二偏振旋转器后的光束在偏振合束器上进行合成；放大链路的寻常光o光和参考链路的非寻常光e光在偏振合束器上进行合束后经过1#端口入射到第一起偏器上；放大链路的非寻常光e光和参考链路的寻常光o光在偏振合束器上进行合束后经过2#端口入射到第二起偏器上；

经过第一起偏器的合成光束注入到第一光电探测器，第一光电探测器将接受到的光信号转变为电信号，随后输入到第一相位解调系统进行信号解调，第一相位解调系统对采集到的电信号进行解调，得到包含待测放大器相位噪声信息的电学信号；解调后的电学信号经过第一3dB电学分束器分为两路，其中一路电信号经过第一π/2相移器后输入到数据采集模块，而另一路分束电信号直接输入到数据采集模块。

同理，经过第二起偏器的合成光束注入到第二光电探测器，第二光电探测器将接受到的光信号转变为电信号，随后输入到第二相位解调系统进行信号解调，第二相位解调系统对采集到的电信号进行解调，得到包含待测放大器相位噪声信息的电学信号；解调后的电学信号经过第二3dB电学分束器分为两路，其中一路电信号经过第二π/2相移器后输入到数据采集模块，而另一路分束电信号直接输入到数据采集模块。

所述的主振荡器为激光种子源，激光种子源种类不限，可以是固体激光器、气体激光器、光纤激光器等不同类型激光种子源；种子源输出的激光偏振特性、时域特性和光谱特性没有具体要求；

所述的光学分束器种类不限，可以是全光纤分束器、空间分束器等，其具体类型选择根据实际需要进行确定；

所述的相位调制器件种类不限，可以是电光调制器、声光调制器，也可以是其它具有相位调制功能的器件；

所述的相位调制信号发生器种类不限，可以是具备特征频率信号产生的任意信号源，其产生信号的特征频率在相位调制器件的响应带宽范围内；

所述的光程调节装置种类不限，可以是基于电机控制的光程调节装置、基于压电陶瓷结构的光程调节装置等，也可以是其他能够对光程进行调节的器件，其具体类型选择根据实际需要进行确定；

所述的光程调节装置控制器对光程调节装置进行精确控制，其类型根据光程调节装置确定；

所述的待测激光放大器其类型不限，可以是气体激光放大器、固体激光放大器、光纤激光放大器等；