[发明专利]基于短延迟自零差相干包络的激光线宽测量系统和方法

说明书

本发明涉及一种基于短延迟自零差相干包络的激光线宽测量方法，包括：S1，获取基于短延迟自零差相干包络的激光线宽测量系统输出的功率谱；S2，在所述功率谱上选取相邻的波峰和波谷，计算出选取的波峰和波谷在功率谱上的对比度的差值ΔS；S3，根据差值ΔS、延迟光纤的长度计算出激光器的激光线宽Δf。本发明更有利于测量系统的集成化，更能保证测量系统的精度，且自零差方式不需要频移，增大了双臂光路的相干性，将进一步提高相干测量的精确度。

技术领域

本发明涉及激光器线宽测量技术领域，特别是涉及一种基于短延迟自零差相干包络的激光线宽测量系统和方法。

背景技术

本领域技术人员应该明白，激光线宽对探测系统的精度、灵敏度、探测距离以及探测噪声等都有很大影响，例如：在光量子领域中，激光线宽决定了量子系统的相干性；在高阶调制技术以及相干检测系统中，激光线宽决定了其光通信系统的容量；在光纤水听器系统中，激光线宽决定了系统噪声，也决定了系统的最小可测信号；在布里渊光时域反射仪(BOTDR)中，激光线宽决定了温度和应力的测量分辨率等。故在搭建系统时，需要对所用的激光器的激光线宽值进行精密标定才能预判后面测量系统或信号源的测量精度、距离、灵敏度以及噪声等特性。

现有技术中，用于测定激光线宽常见的方法主要有高精度光谱仪、扫描F-P干涉仪、自零差线宽探测和自外差线宽探测等；在现有技术条件下，采用前述的第一种方法和第二种方法进行激光线宽值测定时，其精度只能达到MHz级别，而采用前述的第三种方法和第四种方法以及延伸出的补偿自外差方法进行激光线宽值测定时，其精度只能达到kHz级别。

随着超窄线宽激光器技术的发展，激光线宽越来越窄，对于线宽在百Hz级别以下的超窄线宽激光器，前述的第一种方法和第二种方法则完全不能适用，若用前述的第三种和第四种方法对这种超窄线宽激光器的激光线宽值进行测定，需要使用几百公里长度的单模光纤作为延迟光纤，然而由这么长的延迟光纤所产生的1/f噪声所形成的高斯型线宽能达到数kHz级别，该噪声会把需要测定的激光线宽淹没掉，虽然可以采用Voigt拟合将洛仑兹线型和高斯线型分开，但是Voigt拟合时已经取近似，再加上噪声所形成的高斯型线宽比激光器本身的洛仑兹线宽高一个数量级，因此利用Voigt拟合是难以精确地测量出激光器线宽的。

针对现有测量方法无法精密测量kHz以下激光线宽问题，申请人初步研究了基于短延迟自外差相干包络谱与激光线宽的关系，并发现相干包络谱、延迟光纤长度与激光线宽存在一定的对应关系，能利用包络谱特征来获取激光线宽。但测量系统过于庞大，需要声光调制器(AOM)及其对应的电学驱动器，包括固定驱动电源以及调制驱动电源，如此多的设备，它们之间的相互干扰大，影响测量精度；且自外差相方式需要频移，进一步降低相干测量的精确度。

发明内容

针对现有技术存在的器件之间的相互干扰大和自外差相方式需要频移，进一步降低相干测量的精确度的问题，本发明提供一种基于短延迟自零差相干包络的激光线宽测量系统和方法。

本申请的具体方案如下：

一种基于短延迟自零差相干包络的激光线宽测量系统，包括：激光器、第一光衰减器、第二光衰减器、光隔离器、第一耦合器、延迟光纤、第二耦合器、光电探测器和频谱仪；所述延迟光纤的长度为激光器的相干长度K倍，K1；所述激光器、光隔离器、第一耦合器依次连接，第一耦合器的第一输出端通过第一光衰减器和第二耦合器的第一输入端连接，第一耦合器的第二输出端和延迟光纤的一端连接，所述延迟光纤的另一端通过第二光衰减器和第二耦合器的第二输入端连接，第二耦合器的输出端和光电探测器的输入端连接，光电探测器的输出端连接至频谱仪。

一种基于短延迟自零差相干包络的激光线宽测量方法，包括：

S1，获取基于短延迟自零差相干包络的激光线宽测量系统输出的功率谱；

S2，在所述功率谱上选取相邻的波峰和波谷，计算出选取的波峰和波谷在功率谱上的对比度的差值ΔS；