基于空心光子晶体光纤谐振腔的激光器频率调谐系数测试

发布时间：2021-03-30 13:06

　　针对激光器频率调谐系数测试应用的需求,提出了基于空心光子晶体光纤的激光器频率调谐系数测试装置的方案。首先,对测试装置的总体方案、光子晶体光纤谐振腔的基本结构进行设计,重点完成了激光器频率调谐系数测试方法的数值计算和机理分析;之后,完成了光子晶体光纤谐振腔的设计和加工,并搭建了激光器频率调谐系数测试装置;最后,对目前常用的窄线宽光纤激光器和半导体激光器进行频率调谐系数测试。光纤激光器的电压-频率调谐系数为17.6 MHz/V,与激光器出厂指标基本吻合,而且光纤激光器的频率调谐系数在调谐范围内具有良好的一致性。半导体激光器在调谐范围内的调谐系数不均匀,容易受环境的影响,测得电流-频率调谐系数的平均值为30.9 MHz/mA。研究结果表明,测试装置的精度远高于商用波长计,并且具有良好的长期稳定性,充分体现出了空心光子晶体光纤谐振腔作为频率基准进行频率检测所具有的测频精度高、温度漂移小的技术优势。 

【文章来源】：中国激光. 2020,47(03)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

基于空心光子晶体光纤谐振腔的频率调谐系数测试装置

根据(2)式对空心光子晶体光纤谐振腔在不同输出光频率下的谐振输出光强进行仿真,仿真结果如图2所示,其中dFSR为谐振腔的自由谱线宽度。由图2可见:随着激光器输出光频率的变化,探测器端显示为不同的光强输出,总体表现为暗背景下的亮条纹;当激光器中心频率等于谐振腔的谐振频率时,谐振腔的输出具有最大的光强,表现为典型的透射式谐振曲线。进一步分析可以发现谐振曲线的信噪比随着谐振腔耦合损耗的增大而逐渐劣化,因此,需要对空心光子晶体光纤谐振腔的输入输出耦合损耗进行精密控制。自由谱线宽度定义为两个相邻谐振信号的频差,即

在数字信号处理及控制模块中,分别根据(6)式和(7)式进行光纤激光器和半导体激光器频率调谐系数的解算处理。具体的信号处理流程如图3所示。首先给检测电路通电,初始化程序。然后从控制器内部读取根据(3)式求得的dFSR参数,随后程序产生低频线性锯齿波信号,该信号经信号处理电路放大后施加于激光器的频率控制端,此时由于谐振腔的谐振效应,在探测器端会观察到明显的透射式谐振峰信号,控制器控制AD转换器进行谐振信号和扫频锯齿波信号的同步采样,并对相邻谐振峰极点所对应的锯齿波电压进行记录,然后通过减法器相减,求得单个dFSR所对应的电压变化ΔV。随后在现场可编程逻辑门阵列(FPGA)内部按照(6)式进行电压-频率调谐系数的解算,随后根据控制命令字进行激光器类型的判定:若为光纤激光器,则直接将解算得到的电压-频率调谐系数作为光纤激光器的电压-频率调谐系数,并输出;若为半导体激光器,则将电压调谐系数除以数字信号处理及控制模块中驱动控制部分的电压-电流增益G,得到半导体激光器的电流-频率调谐系数。接着根据单次测频速率以及上位机串口传输速率进行多点采样,并进行滤波处理,以提升频率调谐系数的测试精度;最终通过数字通信接口将测得的频率调谐系数上传给上位机,并通过显示器实时显示。

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：3109558