[发明专利]一种全光纤架构跳模诱发噪声抑制装置及抑制方法

说明书

一种全光纤架构跳模诱发噪声抑制装置及抑制方法，该装置包括光纤环形激光器、光纤耦合器、非平衡光纤干涉仪、光纤延迟线、法珀腔扫描干涉仪、光电探测器以及数据采集与处理模块；非平衡光纤干涉仪具有匹配臂差，非平衡光纤干涉仪输出的干涉光信号接入光电探测器光电转换后，再输入数据采集与处理模块；光纤环形激光器输出光经光纤耦合器分为两束，一束接入所述非平衡光纤干涉仪，为其提供相干激光束，另一束接入法珀腔扫描干涉仪，用于监测光纤环形激光器的纵模结构和模式稳定性；光纤延迟线的延迟时间可调，用于精细调节非平衡光纤干涉仪的臂差。该方法基于上述装置来实施。本发明具有结构简单、通用性强、适用范围广、效果好等优点。

技术领域

本发明主要涉及到光纤环形激光器和光纤相干探测技术领域，特指一种全光纤架构跳模诱发噪声抑制装置及抑制方法。

背景技术

单纵模光纤环形激光器是指在光频域输出单个稳态纵模的环形谐振腔光纤激光器，基于窄线宽、高相干、低噪声、宽带可调谐、成品率高、体积小巧等特性，在光纤传感、光纤通信、光生微波、引力波探测等领域应用前景广泛，引起极大的关注。相对于线形腔，光纤环形激光器的谐振腔通常较长、纵模间隔较小；以10m环形腔腔长为例，则相邻两个本征纵模间光频差Δν₀＝c/nL≈20MHz(c为真空中光速，n为光纤折射率，L为环形腔腔长)，在1550nm附近，若光纤环形激光器腔内滤波器的波长带宽为0.1nm，则对应光频域约12.5GHz的带宽。可见，理论上在滤波带宽内可寄居起振大量密集的本征纵模，光纤环形激光器在一定控制参数下呈现复杂的频域动力学特性。

为此研究人员提出采用粗滤波与精选模相结合的机制在频域内作降维处理，主要包括超窄通带滤波器法、饱和吸收体法、复合腔法等，来保证实现单波长单纵模激光起振输出。

研究人员通过大量实测发现，运转中的单纵模光纤环形激光器通常保持相对稳定的单波长单纵模输出，然而因受到各种随机力驱动，如平台振动、温度漂移、光热效应等因素，连续工作过程中会发生随机跳模现象，且难以预测；另外，环形腔腔长或泵浦强度调制亦会主动触发跳模或模式失稳。事实上，跳模作为一种内部干扰，往往不仅直接导致单纵模光纤环形激光器输出光频的突变，尤其跳模过程中伴随的模式竞争常诱发不同程度的相干坍塌(相干性退化)与相位噪声(参见在先技术：“光纤水听器系统噪声分析及抑制技术研究[D]”，长沙：国防科学技术大学，2008：58-67)，进而严重影响光纤相干探测系统的综合性能，制约了激光器实际工作效能发挥和工程应用。

迄今尚未见适用于单纵模光纤环形激光器和光纤相干探测系统的结构紧凑且精细可调的全光纤架构跳模诱发噪声抑制装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、通用性强、适用范围广、效果好的全光纤架构跳模诱发噪声抑制装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种全光纤架构跳模诱发噪声抑制装置，其包括光纤环形激光器、光纤耦合器、非平衡光纤干涉仪、光纤延迟线、法珀腔扫描干涉仪、光电探测器以及数据采集与处理模块；所述非平衡光纤干涉仪具有匹配臂差，所述非平衡光纤干涉仪输出的干涉光信号接入光电探测器光电转换后，再输入数据采集与处理模块；所述光纤环形激光器输出光经光纤耦合器分为两束，一束接入所述非平衡光纤干涉仪，为其提供相干激光束，另一束接入法珀腔扫描干涉仪，用于监测光纤环形激光器的纵模结构和模式稳定性；所述光纤延迟线的延迟时间可调，用于精细调节非平衡光纤干涉仪的臂差。

作为本发明装置的进一步改进：所述光纤环形激光器用来实现单纵模输出。

作为本发明装置的进一步改进：所述光纤环形激光器发生跳模时，跳模过程中参与模式竞争的各个纵模激光经所述非平衡光纤干涉仪的相位工作点相同，使各个纵模的子干涉条纹线性叠加结果等效于单纵模激光干涉，即产生多模匹配干涉。