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基于自外差结构的窄线宽激光器频率漂移及噪声测试

发布时间:2021-08-12 07:21
  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。 

【文章来源】:光学技术. 2020,46(06)北大核心CSCD

【文章页数】:4 页

【部分图文】:

基于自外差结构的窄线宽激光器频率漂移及噪声测试


自外差结构激光器频率漂移测试装置

频率漂移,电压变化,周期


即电压变化一个周期内的光源中心频率漂移量由两束光的臂长差决定。图2给出了不同臂长差时单个周期电压变化对应的频率漂移量,从图中可以看出,当臂长差小于50m长度时,测试中心频率漂移量随着臂长差的增大而显著降低,当臂长差大于50m后,中心频率漂移量不会随着臂长差的增大而显著降低,而是呈现出缓慢降低的变化趋势。进一步可知,为实现MHz级(目前商用化的窄线宽激光器的短期频率漂移大约在MHz量级)的频率漂移测量,臂长差只需要大于100m即可。随后,为了验证本文提出的基于短光纤自外差结构的频率漂移测试方法的正确性,搭建了窄线宽激光器频率漂移测试系统。系统中的延时保偏光纤长度为104m,短光纤长度为1m,满足Δl>100m的设计仿真要求。根据式(7)可以得到单个电压变化周期,因测量臂长差引起的频率漂移为2MHz,通过对单个周期时间的测量,即可得到激光器的频率漂移速度信息。

特性图,频率漂移,室温,特性


采用本文提出的基于自外差结构的频率漂移测试装置分别对光纤激光器和半导体激光器在室温条件下的频率漂移特性进行了测试,探测器得到的采样波形如图3所示。从图3中可以看出,当采用半导体激光器和光纤激光器分别进行频率漂移测试时,发现探测器均呈周期型正弦波动,正弦周期大小反映了频率漂移的速度,图中可见正弦波周期在10s左右,即在10s时间内,激光器发生2MHz的频率漂移,从正弦信号的连续性可知此时的漂移还是朝同一个方向的。从图中进一步还可观察到,探测器在发生正弦摆动的同时,其输出也存在明显的噪声抖动,而且半导体激光器的噪声抖动幅度明显高于光纤激光器。由于噪声大小直接反应激光器的频率噪声水平,通过该实验进一步验证了光纤激光器的频率噪声显著优于半导体激光器,与前期测试得到的激光器频率噪声测试结果吻合。

【参考文献】:
期刊论文
[1]窄线宽半导体激光器的驱动和温控设计[J]. 司琪,冯丽爽,王琪伟,侯玉斌.  半导体光电. 2019(02)
[2]基于3×3耦合器的窄线宽单频激光器噪声测量技术[J]. 徐丹,卢斌,杨飞,陈迪俊,蔡海文,瞿荣辉.  中国激光. 2016(01)



本文编号:3337869

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