[发明专利]一种基于单光子探测的单频光纤激光器跳模监测系统

说明书

本发明公开了一种基于单光子探测的单频光纤激光器跳模监测系统，该系统由频率上转换系统、滤波去噪系统和单光子探测系统组成，和频光经滤波处理后，通过聚焦透镜聚焦于硅雪崩光电二极管探测器进行探测，通过实时监测和分析探测信号得到单频光纤激光器的跳模特性：当没有模式跳变发生时，单光子探测系统的转换效率为一稳定值，监测的探测信号为直流信号；当待测单频光纤激光器发生跳模时，单光子探测系统转换效率发生快速变化，前述探测信号为明显起伏的振荡信号。本发明对跳模监测具有较高的分辨本领，且监测系统结构简单，不需要复杂的信号解调系统，易于实施且成本可控。

技术领域

本发明涉及单频光纤激光器领域，尤其涉及一种基于单光子探测的对单频光纤激光器运转过程中纵模跳变现象进行在线实时监测的系统。

背景技术

单频光纤激光器因其具有窄线宽，低噪声等性能，在相干光通信，大气遥感和高分辨光谱分析等领域有广泛的应用前景。目前，通过对单频光纤激光器的腔型结构设计以及高掺杂光纤的研制，实现了单频光纤激光器在1μm，1.5μm和2μm波段的覆盖。但在实际应用中，单频光纤激光器长时间运转时偶发的跳模现象，将破坏单频源的高相干性，并增加激光器的相位噪声，成为了单频光纤激光器广泛应用的严重制约因素。因此，对单频光纤激光器的跳模现象进行在线实时检测，是单频光纤激光器研究的重要问题，也是评价单频光纤激光器性能的重要手段。

目前已有的纵模监测主要有F-P干涉仪扫描法(本领域技术人员所公知)、延时零拍法等。

1、F-P干涉仪扫描法是一种常用的纵模特性监测，通过直接扫描F-P腔的方式来监测跳模的频移方向，但常用F-P干涉仪的分辨率只能达到MHz量级，同时扫描周期较长而无法实现实时监测。

2、延时零拍法在测量单频光纤激光器的线宽同时，通过检测拍频信号来判断单频光纤激光器的频移和跳模特性，劣势在于，测试系统通常需要使用几十公里的延迟光纤来消除两路拍频信号的相干性，导致测试结果的稳定性和准确性较差，同时因需要光电检测放大等装置，增加了测试系统的复杂性。

发明内容

本发明提供了一种基于单光子探测的单频光纤激光器跳模监测系统，本发明通过监测单光子探测系统的转换效率，实现对单频光纤激光器跳模特性的实时监测，满足了实际应用中的多种需要，详见下文描述：

一种基于单光子探测的单频光纤激光器跳模监测系统，由频率上转换系统、滤波去噪系统和单光子探测系统组成，

所述频率上转换系统包括：单光子光源、待测单频光纤激光器、偏振控制器、波分复用器和周期极化铌酸锂波导；

所述滤波去噪系统包括：准直透镜、二向色镜、短波通滤波片、长波通滤波片和体布拉格光栅；

所述单光子探测系统包括：聚焦透镜和硅雪崩光电二极管探测器；

所述单光子光源与所述待测单频光纤激光器分别经所述偏振控制器，进入波分复用器；所述偏振控制器用于控制两束光的偏振状态；

由所述波分复用器输出的两束光，经单模光纤耦合进入所述周期极化铌酸锂波导中，通过非线性和频过程，产生可探测的和频光；所述和频光由所述准直透镜准直后，经所述二向色镜滤去剩余泵浦光，并经所述短波通滤波片和长波通滤波片，滤去所述泵浦光在所述周期极化铌酸锂波导中产生的二次谐波和三次谐波；

所述体布拉格光栅用于实现窄带滤波，有效降低泵浦光产生的拉曼噪声；所述和频光经前述滤波处理后，通过所述聚焦透镜聚焦于所述硅雪崩光电二极管探测器进行探测，通过实时监测和分析探测信号得到所述单频光纤激光器的跳模特性：

当没有模式跳变发生时，单光子探测系统的转换效率为一稳定值，监测的探测信号为直流信号；

当所述待测单频光纤激光器发生跳模时，单光子探测系统转换效率发生快速变化，前述探测信号为明显起伏的振荡信号。