窄线宽激光器线宽测量系统的研究

发布时间：2019-05-31 09:14

【摘要】：随着光纤通信技术的高速发展,窄线宽半导体激光器得到了越来越广泛的应用。对于窄线宽的光源来说,其线宽(FWHM)是一项十分重要的指标。在光纤干涉测速,光纤测温及远距离的相干检测等需要精密测量的领域中,对半导体激光器线宽的要求都日益增高。半导体激光器的线宽特性决定着光纤通信系统的性能。研究能够满足高测量精度要求的半导体激光器线宽测量方法,对光纤通信系统和光学测量等领域都具有重要的意义。 目前,窄线宽半导体激光器线宽的测量方法主要有非平衡光纤干涉仪测量法、拍频法、延迟自零差法、延迟自外差法和循环增益补偿延时自外差法等。其中延迟自外差法是最常用的方法。但是该方法存在测量精度不够,延迟光纤长度过长的问题。针对这些问题,本文提出了一种改进的延迟自外差测量法。论文工作围绕这一方法开展了理论和实验研究。本论文的研究内容及主要工作成果如下： 1)研究了半导体激光器线宽测量的技术背景及国内外的研究现状。推导了半导体激光器线宽测量的理论公式。并研究了影响激光器线宽的因素。分析和对比了五种测量半导体激光器线宽方法的原理及优缺点,为提出新的激光器线宽测量方法做了铺垫和引申。 2)研究了延迟自外差法的原理并进行了理论分析。基于仿真平台对理论分析进行了验证。分析了短光纤延迟自外差法的基本原理并对其进行了数学仿真。理论分析和仿真的结果表明,测量10kHz线宽的半导体激光器时,要想得出比较准确的测量值,至少需要120kmm的延迟光纤。研究了短光纤延迟自外差法,得到了延迟光纤为25km时的激光器线宽的拟合公式。分析表明,这两种测量方式都存在光纤长度过长,测量精度不理想的问题。 3)针对现有的激光器线宽测量方法中测量精度不高、使用光纤长度过长的问题,提出了一种改进的延迟自外差测量法。新的测量方法增加了法拉第旋转镜的使用,提高了光偏振态的稳定性,减少了延迟光纤的使用长度,提高了测量精度。同时,基于新型的延迟自外差法,设计并搭建了激光器线宽测量系统,完成了该方法可行性的验证。最终测得待测激光器线宽在140kHz左右。相比于传统的半导体激光器线宽测量方法,该方案可以针对线宽为kHz数量级的半导体激光器,很好地完成线宽测量工作。不仅极大地提高了测量精度；同时使用的光纤长度不超过5km,与传统的延迟自外差法相比,减少了约50%。 4)分析线宽测量结果,指出了改进的延迟自外差法相较于传统测量方法的优势。针对实验结果中的误差问题,研究了光纤色散、光电探测器及激光器的频率漂移对实验结果产生的影响。
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【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN248

【参考文献】

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本文编号：2489577