短光纤延时自外差法测量窄线宽激光器线宽

从理论上分析推导了移频延时自外差法测量激光器线宽的基本原理,并采用延时自外差法数学模型,编写了仿真程序.借助此分析结果,通过对两台已知线宽的窄线宽激光器的实际测量数据,与仿真结果对比,验证了模型的正确性.在此基础上,提出了短光纤延时自外差法,采用该方法可以在延时光纤长度远小于6倍的激光器相干长度时,消除延时自外差法因为延时时间不够导致测量精度的大幅度下降这一缺陷,为工程上实现精确测量窄线宽激光器线宽提供了行之有效的方法.

移频延时自外差法的DFB激光器线宽测量

为了测量分布反馈(DFB)单模半导体激光器线宽,采用一种新颖的基于马赫-曾德尔干涉结构的光纤自外差测量方案,设计了一套全光纤延时自外差法测量系统,并进行了理论分析。在此基础上搭建了延时光纤长度分别为900m,3000m和6000m的窄带线宽测量系统,对实验室一台中心波长为1550nm、标称线宽值为800k Hz的DFB单模半导体激光器光源进行了测试,测得激光器线宽值分别为951.566k Hz,832.471k Hz和802.221k Hz,并对所设计的方案进行了模拟仿真验证。结果表明,与模拟仿真结果作对比,延时光纤长度为6000m时的窄带线宽测量系统最优,其误差在3%之内,证明了所用自外差干涉原理的合理性和准确性。全光纤移频延时自外差法对测量DFB激光器线宽具有优越性和重要的实用价值。

基于宽带光源和自外差检测的布里渊光时域反射温度传感系统

为简化系统结构、减小相干瑞利噪声对系统性能的影响,提出了一种采用宽带光源的瑞利和布里渊散射自外差检测布里渊光时域反射温度传感系统.分析了瑞利和布里渊自外差检测原理,研究了布里渊频移和自外差信号功率与光纤温度和应变的关系.设计并搭建采用宽带光源的自外差检测布里渊光时域反射温度传感系统,获得了常温下沿光纤分布的自外差信号功率谱及不同温度时加温段光纤的功率谱,验证了布里渊频移和自外差信号相对功率变化随温度的线性增加关系.通过实验数据获得的布里渊频移和相对功率变化的温度系数分别为1.07±0.01MHz/℃和(0.37±0.09)%/℃.本文的研究结果为基于瑞利和布里渊自外差检测布里渊光时域反射传感系统的温度和应变同时测量提供了理论和实验依据.

多波长自外差检测布里渊光时域反射系统

为了减小相干瑞利噪声,提出了一种多波长瑞利和布里渊自外差检测布里渊光时域反射系统。分析了相位调制产生多波长探测光的机理及三波长系统的自外差检测原理;搭建单波长和三波长自外差检测布里渊光时域反射系统,获得了沿光纤的自外差信号功率和布里渊频移。实验结果表明,相对于单波长系统,三波长系统有效地减小了相干瑞利噪声引起的功率波动,信噪比提高近4.56dB;布里渊频移波动的均方根误差降低2.2 MHz。

Michelson型循环自外差激光线宽测量法的理论分析

提出一种基于Michelson型干涉仪结构的循环自外差激光线宽测量法,分析了其系统偏振态稳定性,并依据自外差法的数学模型,对其输出功率谱密度函数进行了推导。在此基础上,结合仿真结果讨论了系统参数变化对输出光谱线型的影响。结果表明,相较于M-Z型循环自外差激光线宽测量法,该方法的系统偏振态稳定性较高,输出的功率谱相对稳定,谱线的信噪比相对较高,使激光的线宽测量精度得以提高。

基于延时非零拍自外差法的窄线宽激光器线宽测量

为了更准确稳定的测量窄线宽激光器的线宽,本文研究改进了延时非零拍自外差法,在延时非零拍自外差法测试框架中加入法拉第旋转器,使得拍频后的中频信号频率远离零频,增加了测试系统稳定性和精度.最后搭建了测试系统环境,验证测试了两台激光器线宽,证明改进后的延时非零拍自外差法是可行的.

基于短光纤延时自外差的可见光单频激光线宽测量方法

提出一种基于短光纤延时自外差法的可见光波段单频激光线宽测量方法,利用短延时光纤减小可见光在石英光纤中的损耗并降低系统低频噪声,通过频谱信号平滑方法极大地提高频谱数据的信噪比,通过非线性最小二乘法拟合还原原始信号频谱,并最终计算出可见光波段激光线宽。构建可见光波段的延时自外差测量系统,搭建127 m和500 m延时光纤的可见光波段延时自外差测量装置,测得635 nm单频外腔半导体激光器线宽为29.4 kHz,与两个相同型号激光器互拍的测量结果接近,证明了基于短光纤延时自外差方法测量可见光单频激光器线宽的可行性。

基于短光纤循环自外差法的激光线宽测量

提出了一种基于短光纤循环延迟自外差技术测量亚千赫兹激光器线宽的方法。采用延迟长度仅为2 km的循环延迟自外差干涉仪,实现了一系列不同延迟时间拍频信号的同时测量。通过仿真拟合了多组高阶拍频信号的功率谱,获得激光器的平均线宽为944 Hz,该结果与传统拍频法测得的激光线宽基本一致。所提方法不仅可以避免单次测量误差,而且能有效减小1/f频率噪声引起的频谱加宽,可精密测量窄线宽激光器的线宽。

基于延迟自外差方法的调频激光器线型分析

用延迟自外差法分析了调频激光器的光谱线型。从理论上给出了调频激光器的线型表达式,理论结果表明,用延迟自外差法测得的调频激光器的线型是与调制函数及测试系统有关的传递函数和激光器自然线型的卷积。根据所获得的调频激光器线型表达式,分析了线型和激光器调制频率以及延迟光纤长度的关系。实验对理论分析进行了验证。

基于自外差结构的窄线宽激光器频率漂移及噪声测试

窄线宽激光器在光学传感领域取得广泛应用,激光器的频率漂移和噪声大小直接影响光学传感器测量精度,采用自外差拍频方法对窄线宽光纤激光器和半导体激光器的频率漂移和噪声特性进行了初步测量。进行了频率漂移测量理论计算,仿真分析了延时光纤长度与频率漂移大小对应关系,确立了延时外差光纤长度;搭建了基于自外差结构的窄线宽激光器频率漂移测试装置,对测试装置组成进行了叙述;基于该测试装置进行了窄线宽激光器的频率漂移和噪声测试,测试表明光纤激光器和半导体激光器均存在明显的频率漂移,漂移速度大约2MHz/10s,光纤激光器的频率噪声要明显低于半导体激光器,与两型激光器的频率噪声测试结果吻合,提出的激光器频率漂移和噪声测试装置,为激光器频率漂移和噪声优选对比提供了一种方便、快捷的测试方法。

铒镱共掺光纤放大器中ASE对激光线宽的影响研究

本文基于MOPA结构搭建了铒镱共掺光纤放大系统,通过对光纤放大器的线宽和光谱特性进行测量与分析,研究了光纤放大器中放大的自发辐射(ASE)对激光器线宽的影响。分析表明,在光纤放大器中,ASE作为噪声会引起激光线宽展宽,且呈现出正相关的特性。

光纤延时自外差法测量DFB型LD温度调谐的瞬态特性

以马赫-曾德干涉仪(MZI)原理为基础搭建了臂长差为3km的光纤延时自外差(FOSHI)测量系统,测量了1 582nm分布反馈型(DFB)二极管激光器(LDs)在温度调谐下输出的瞬态特性,包括LDs输出波长及线宽。结果表明,DFB LDs输出光波长随调谐温度呈线性关系,通过对光电流功率谱密度函数的洛伦兹线型拟合得到LDs的线宽为3.24MHz,与3MHz理论值相近。

基于自外差探测的多光纤光栅远程传感系统

提出并实验证明了一种基于自外差探测和波长扫描技术的光纤布拉格光栅远距离传感系统。该系统将远程光纤光栅阵列的反射信号光与本地参考光进行差频探测,并通过声光调制器对探测光的频移及脉冲进行调制,有效地提高了系统的探测灵敏度和传感距离。在没有放大的情况下,在171km的探测距离处,光纤光栅传感器的反射布拉格波长信号的信噪比达到33dB。该系统可以准确地绘制出远端光纤光栅阵列的反射谱,实验结果显示两个光纤光栅的布拉格波长与温度均成良好的线性关系,且传感灵敏度为11pm/℃。

激光自外差相干测量中分布反馈半导体激光器电流调谐非线性的补偿方法

半导体激光器的电流调谐非线性对自外差相干测量的精度影响很大.研究了分布反馈半导体(DFB)激光器的电流调谐特性,据此提出一种数学模型补偿方法.利用己知光程差下的差拍频率,建立了动态调频系数的数学模型.以此模型对DFB激光器的电流调谐非线性进行补偿,可以将差拍信号频率预测值的相对误差减小约3%,提高了系统的测量精度.数学模型补偿方法简化了测量系统的结构,适用于高精度的电流调谐激光在线测量系统.

系统参数不敏感的循环延迟自外差激光线宽测量法

提出了一种激光线宽测量新方法—系统参数不敏感型循环损耗补偿循环延迟自外差法(LC-RDSHI)。通过对系统输出功率谱密度函数进行推导以及拍频功率谱仿真,分析讨论了该方法对系统参数不敏感的特性。在此基础上,搭建相应实验装置,观测了系统参数对LC-RDSHI输出功率谱的影响,发现实验观测结果与理论分析相吻合。此外,基于不同的实验系统参数,将本方法与传统的LC-RDSHI进行了线宽测量比较。结果表明,系统参数不敏感型LC-RDSHI具有更高的线宽测量精度,并且测试过程更加简单,从而具有更好的应用前景。

基于延时自外差法的窄线宽激光谱宽测量

详细介绍了延时自外差法测激光线宽的理论模型与测量原理,得到了光电流的功率谱密度函数,并进行了软件仿真,分析并讨论了延时光纤长短对测量结果的影响,提出了在延时光纤长度不足条件下求解超窄激光线宽数值解的新方法,并在特定条件下给出了解析解,实验结果证明了算法的正确性。给出了在光纤长度300m时,对10kHz以下以及10kHz以上激光谱宽的不同求解方法并通过实验进行了验证。

表征稳频半导体激光器频率特性的方法

对稳频半导体激光器的频率进行在线实时监测的需求量和迫切性一直在不断增长。特别是近几年发展起来的连续波激光雷达通常以单频半导体激光器为种子源,并通过相干检测方式获得雷达信号的频率,从而获得目标物的距离信息,这就使得种子光源的频率精度直接与测距精度密切相关,因此,对光源的频率稳定性的表征也提出了新的要求:更关注短期(在相干时间内,亚微秒~数毫秒)的频率变化模式,对长时段内(数分钟~24 h)的绝对频率高精度监测的需求减弱;同时要求频率监测系统具有在线实时监测能力。针对这些需求,基于延时自外差原理,提出了一种表征稳频激光器的频率变化的方法,经过严谨的原理推导和算法编程,使得监测系统不仅结构简单,还实现了在线实时监测功能,并测量了一台利用氰化氢(H13C14N)气体吸收谱线基于边频锁定技术的稳频分布反馈式半导体激光器(DFB-LD)频率变化曲线。测量结果是:在10 ms内稳频激光器的最大频率变化约为25 MHz,并且清楚地观察到激光器的频率变化不是单向的漂移模式。为了进一步验证该方法的精度,采用主流的飞秒光频梳拍频法离线测量了同一台稳频DFB-LD的频率变化,实验结果是:在50 min内频率变化约为30 MHz。两种测量方法的测量结果均在相同的MHz量级,证明了该方法是一个快速可靠的光频率分析手段,可应用于实时调节稳频激光器的伺服回路系统。

DFB激光器调谐过程的动态线宽特性

为了获取分布反馈(DFB)激光器在调谐过程的动态线宽特性,提出一种基于光纤延时自外差的激光动态线宽测量方法,对于激光器线宽和测量原理做了理论分析.对商品化DFB激光器的实验结果表明:在整个电流工作范围内,激光动态线宽为20.38～4.73 MHz;工作电流为最大电流的0.58～0.66倍时,激光器的动态线宽最窄,激光器动态线宽最佳工作电流为最大电流的0.5～0.8倍.

DFB半导体激光器调谐动态波长特性研究

为了测量半导体激光器在电流调谐下的动态波长,提出了基于光纤延时自外差法的测量方案,阐述了测量原理,研究了拍频与动态波长的递推关系。应用该实验系统测量了分布反馈式半导体激光器调谐的动态波长特性,与由光谱仪测量的稳态波长特性比较。结果表明,动态波长与稳态波长随电流变化特性有着类似的非线性规律,在20~100mA调谐范围内二者差异小于0.002nm。此外,通过气体CO2的两条吸收谱线与HITRAN谱库中标准吸收线位置比对,辨识出半导体激光器调谐的动态波长,该辨识出的动态波长值与由延时自外差法推算出的动态波长值比较,二者误差为1pm,进而验证了该测量系统的可靠性。

频谱仪快速测定窄线宽激光器线宽

针对传统光谱仪和F-P干涉仪分辨率不能满足窄线宽激光器线宽的测量要求,基于延时自外差法搭建测试平台。设置频谱分析仪分辨率参数抑制噪声实验,通过使用20 km延时光纤、80 MHz声光移频器和50：50光纤耦合器,通过光电探测器实现光电转换并利用频谱分析仪分析测试信号。对频谱分析仪分辨带宽RBW和视觉带宽VBW以及扫频范围（Scan Range）进行优化设置,在不降低测试灵敏度的情况下,将重叠信号分辨开,使其不会过多滤掉高频成分而失真并对线宽功率谱峰值进行洛伦兹曲线拟合。最后得到了1 550 nm波长可调谐光纤激光器（1 520~1 570 nm）的线宽值约为161 k Hz,为频谱仪的参数优化设置及窄线宽激光器线宽标定提供了相关参考。