[发明专利]一种测量连续激光器线宽的装置及方法

说明书

本发明属于激光器线宽测量技术领域，为了解决现有技术中激光线宽测量精度不足，测量范围小的问题，提供了一种测量连续激光器线宽的装置及方法，装置包括频率鉴别装置、功率谱密度获取装置、伺服锁定装置和软件处理单元；频率鉴别装置用于根据待测激光器发出的激光得到频率参考信号；所述功率谱密度获取装置用于得到激光的残余误差功率谱密度；伺服锁定装置用于对待测激光器进行调制和伺服锁定；软件处理单元用于对残余误差功率谱密度数据进行分析得到激光线宽的大小。本发明基于残余误差功率谱密度的几何划分，实现对激光线宽的测量及实时显示，具有可测量范围广，测量速度快，可移植能力强、测量精度高等诸多优点。

技术领域

本发明属于激光器线宽测量技术领域，具体是一种测量连续激光器线宽的装置及方法。

背景技术

随着激光技术的发展，单频连续激光器由于其窄线宽，低噪声，高相干性，高稳定性等特征被广泛应用于原子物理，量子光学，高分辨频率计量等方面的研究。同时，窄线宽激光器在光通讯，精密测量等领域有着重要的意义。在实际应用中，激光线宽往往用来当作激光器的频率波动程度的评价指标。

最初的检测激光器线宽的方法是利用频率参考仪，但是传统的频率参考仪往往通过旋转光栅来确定待测激光的波长，这种方法受限于其光栅刻线的精度，一般都在纳米量级。利用高精度的法布里珀罗干涉仪可以测量兆赫兹量级的激光线宽，该方法是通过扫描法布里珀罗干涉仪的腔长来获取激光的线宽，但是价格高昂而且不能测量千赫兹量级以下的激光线宽，这也限制了其被广泛用于激光线宽的测量。随后又继续提出双光束拍频法和单光束延迟自拍频法。传统的双光束拍频是指将一束稳定频率的激光与待测激光进行拍频，通过测量拍频线宽确定激光器的线宽。这种方法往往需要复杂的实验系统。单光束延迟自拍频法往往需要通过光纤进行延时，这会带来光路的损耗，偏振的改变等一系列复杂情况，同时过长的光纤不但提高了成本，而且系统的体积的增加还导致其使用不方便。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种可以快速获得待测激光器的线宽，操作方便，而且激光线宽测量精确程度高的测量连续激光器线宽的装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种测量连续激光器线宽的装置，包括频率鉴别装置、功率谱密度获取装置、伺服锁定装置和软件处理单元；

所述频率鉴别装置用于根据待测激光器发出的激光得到频率参考信号；

所述功率谱密度获取装置用于对频率参考装置的频率参考信号进行光电转化得到电信号；对电信号进行解调得到残余误差信号；以及对残余误差信号进行频谱分析，得到激光的残余误差功率谱密度；

所述伺服锁定装置用于对待测激光器进行调制，还用于根据所述功率谱密度获取装置解调得到的残余误差信号对激光器进行伺服锁定；

所述软件处理单元用于对所述功率谱密度获取装置获得的残余误差功率谱密度数据进行分析，利用快慢调制区划分线对频谱数据划分得到慢调制区，以及计算慢调制区面积，并根据慢调制区的面积得到激光线宽的大小。

所述频率鉴别装置包括光栅频率参考仪和频率参考装置，所述光栅频率参考仪用于识别激光器发出激光的波长，所述频率参考装置用于获得待测激光器的频率参考信号；

所述功率谱密度获取装置包括探测器、解调装置和频谱仪，所述探测器用于对频率参考信号进行光电转化得到电信号，所述解调装置用于对电信号进行解调得到残余误差信号，所述频谱仪用于对残余误差信号进行频谱分析，得到激光的残余误差功率谱密度；

所述伺服锁定装置包括调制信号发生器和伺服控制器，所述调制信号发生器与激光器的调制端口连接，所述伺服控制器的输入端与所述解调装置的输出端连接，所述伺服控制器的输入端与激光器的控制输入端连接。

所述频率参考装置为法布里珀罗干涉仪或饱和吸收谱装置。