[发明专利]一种基于频移反馈环路的激光频率漂移测量方法及系统

说明书

本发明提供一种基于电光相位调制频移反馈环路的激光频率漂移测量方法及系统，具有简捷、高效、且高精度等特点。其利用电光相位调制器的双边带调制特性在一个调制周期内产生一对脉冲，进而基于双脉冲间隔受控于激光频率的特性测量计算激光频率漂移。

技术领域

本发明涉及光电子技术，特别是涉及一种基于电光相位调制频移反馈环路的激光频率漂移测量方法及系统。

背景技术

窄线宽稳频激光器因其具有相干长度长、谱线宽度窄、频率稳定等优点，被广泛应用与激光雷达(测风、测云等)、激光通信等众多领域。在这些应用领域中，激光器不仅要求为单频输出，同时还需要较高的频率稳定度。但是，单频激光器的频率稳定度，尤其是长期稳定度一般需要经过专门的激光稳频才可以达到较高的水平。由于晶体温度、机械振动等因素的影响，单频激光器的工作频率是随时间变化的。这种现象，称为激光器输出频率漂移。在实际应用中，激光频率漂移会造成较大的测量误差。例如，激光相干测风雷达是根据激光的多普勒效应对风场进行测量，当激光器的频率漂移时，激光相干产生的多普勒频移不仅包含风场的多普勒频移，还包括激光频率的漂移，使得风速测量精度降低。

对单频激光器频率漂移特性的测量，常见的方法有直接测量法、拍频法、频率标准参考具法和自外差法等。直接测量法是利用光谱分析仪直接测量激光器的输出频率，其测量精度受到光谱分析仪频率分辨率的限制；拍频法通常利用一台频率相同的激光器与待测激光器进行光外差混合产生拍频，由频谱分析仪分析拍频信号，得到待测激光器相对于另外一台激光器的频率稳定度，其拍频信号的频率不稳定度来源于两台激光器。因此，拍频法需要一台与待测激光器相比具有更高稳定度的参考激光器。其他利用频率标准参考具如光频梳、光电子振荡器、法布里-珀罗(F-P)谐振腔等方法，不需要引入稳定度很高的激光器作为频率参考，可以在光频域直接测量激光器的频率漂移。但是，频率测量范围局限在标准具谐振半宽范围内。

此外，法国学者Chatellus于2016年研究发现基于声光调制的频移反馈环路能够实现激光频率-时间映射，即当注入频移反馈环路中的激光由多个频率组成时，在频移反馈环路的输出端，光脉冲沿着时间轴完美地映射了输入的种子激光光谱。

因而，亟需一种具有测量范围宽，精度高，结构简单等优点的激光频率漂移测量方法。

发明内容

为克服上述现有技术的缺陷，本发明的第一方面，提供一种基于电光相位调制频移反馈环路的激光频率漂移测量方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)将待测激光注入频移反馈环路，经过电光相位调制产生双边带移频；

(2)所述待测激光在所述环路中传输一周的时间τ内，当所述电光相位调制的调制频率f_m乘以所述τ等于整数时，输出并探测所述待测激光的双脉冲输出：

(2-1)在t时刻，一个调制周期t_m内，探测所述待测激光通过所述电光相位调制频移反馈环路的第一组双脉冲输出，得到所述第一组双脉冲输出的时间间隔t′(t)；

(2-2)在t+Δt时刻，一个调制周期t_m内，探测所述待测激光通过所述电光相位调制频移反馈环路的第二组双脉冲输出，得到所述第二组双脉冲输出的时间间隔t′(t+Δt)；

(3)根据所述第二、第一组双脉冲输出的时间间隔的差值t′(t+Δt)-t′(t)，得出所述待测激光的频率漂移变化量f₀(t+Δt)-f₀(t)，其中，f₀为所述待测激光的频率。

进一步的，所述待测激光的频率漂移变化量f₀(t+Δt)-f₀(t)为：

其中，δ为所述电光相位调制的调制深度，ω_m为调制角频率，τ为所述待测激光在所述环路中传输一周所需的时间。