[发明专利]一种基于循环自外差法测量激光器线宽的装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于循环自外差法测量激光器线宽的装置及方法，包括：待测激光器；待测激光器通过光纤依次连接有光纤可调衰减器、环形器和部分法拉第旋转镜；部分法拉第旋转镜的输入端g与环形器的端口b相连接，部分法拉第旋转镜的输出端h与Y型耦合器的分支端口d相连接；Y型耦合器的合束端口e与第一法拉第旋转镜连接，Y型耦合器的分支端口f通过光纤依次连接有延时光纤、声光频移器和第二法拉第旋转镜连接，形成光束可往返循环的自外差环路。本发明采用延时亚相干的循环自外差干涉方法，通过对拍频光谱相干包络的分析，可达到精密测量超窄激光器线宽的目的。

技术领域

本发明属于光谱测量技术领域，特别涉及一种基于循环自外差法测量激光器线宽的装置及方法。

背景技术

超窄线宽的激光具有极低相位噪声和优异的相干长度，在科学研究和工程技术领域中具有重要的应用；例如，高精密光谱、光钟、相干通信等。激光器的线宽对这些系统的噪声性能、测量范围、精度和灵敏度等起着决定性作用，对超窄激光器的线宽进行高精度测量显得至关重要。

目前，kHz超窄激光器线宽的测量方法主要有两种：拍频法和延时自外差法。传统的拍频法具有测量精度高的特点，但该方法条件苛刻，往往需要另一台线宽更窄且更加稳定的光源用作参考，且这两个独立光源频率匹配。延迟自外差法是一种测量超窄线宽较理想方法，系统只需要一个光源，结构简单，价格便宜适用于工程化。

近年来，国内外很多小组针对延迟自外差测量激光线宽进行深入的理论研究和实验探索。1980年日本学者T.Okoshi首次提出采用非等臂干涉仪测量激光器线宽，并获得50kHz的分辨率。在这类方案中，光纤的延迟时间(τ)至少要大于激光相干时间(τc)的六倍以上，拍频信号才能正确反映待测激光器的线宽。因此对于kHz量级的窄线宽激光器而言，测量所需要的光纤延迟线需要上百公里，这使得整个测试系统的额外噪声增大，限制了其在kHz窄激光线宽测量中的应用。

2006年，美国弗吉尼亚州理工X.P.Chen等人首次在实验中利用损耗补偿的环路自外差干涉仪测量亚kHz激光线宽。这种实验方案需要对系统的重要参数进行严格选择并仔细调试，才能减小环路中干扰光的交叉耦合，降低谱型的畸变；同时，百公里的长光纤会引入1/f噪声导致谱线展宽，需要对实验结果进行Voigt拟合分析，提取谱型中的高斯成分，即对频谱进行修正。

综上，亟需一种新的基于循环自外差法测量激光器线宽的装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于循环自外差法测量激光器线宽的装置及方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明采用延时亚相干的循环自外差干涉方法，通过对拍频光谱相干包络的分析，可达到精密测量超窄激光器线宽的目的。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种基于循环自外差法测量激光器线宽的装置，包括：待测激光器；待测激光器通过光纤依次连接有光纤可调衰减器、环形器和部分法拉第旋转镜；部分法拉第旋转镜的输入端g与环形器的端口b相连接，部分法拉第旋转镜的输出端h与Y型耦合器的分支端口d相连接；Y型耦合器的合束端口e与第一法拉第旋转镜连接，Y型耦合器的分支端口f通过光纤依次连接有延时光纤、声光频移器和第二法拉第旋转镜连接，形成光束可往返循环的自外差环路。

本发明的一种基于循环自外差法测量激光器线宽的装置，包括：

衰减器，衰减器的输入端用于通过光纤连接待测激光器的输出端，用于接收待测激光器发出的光束；

环形器，环形器设置有端口a、端口b和端口c，从端口a进入的光信号在端口b输出，从b端口输入的信号从端口c输出；环形器的端口a与衰减器的输出端通过光纤相连接；

部分法拉第旋转镜，部分法拉第旋转镜与环形器的端口b通过光纤相连接，用于接收环形器发出的光束，并将接收的光束进行透射和反射，反射的光束通过端口b进入环形器；