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窄線寬激光的特性與應(yīng)用 - 筱曉光子AOL實(shí)驗(yàn)室

更新時(shí)間:2022-07-27      點(diǎn)擊次數(shù):1729

激光器線寬,尤其是單頻激光器的線寬,是指其光譜的寬度(通常指半高全寬,F(xiàn)WHM),以我們的一款1550nm寬光譜激光器(SLD)為例,測(cè)量它一半高度的光譜寬度,就是這個(gè)激光器的線寬,大約為40nm。







而窄線寬激光器的激光線寬在kHz量級(jí),光譜呈針尖狀,廣泛用于傳感,雷達(dá),測(cè)試測(cè)量,通信以及常規(guī)研究等應(yīng)用。目前,市面上的光譜儀沒有哪一款分辨率是可以到kHz量級(jí)的。所以,用光譜儀直接測(cè)量窄線寬激光器線寬,是不可能測(cè)量出窄線寬激光器真正的光譜形狀的。比如說,我們的DFB激光器,激光線寬應(yīng)在2MHz,用光譜儀直接測(cè)量其光譜形狀如下。然而,光譜儀顯示激光器的線寬(3.0dB Width)為0.078nm,與實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)。這是因?yàn)槲覀兪褂玫墓庾V儀本身的分辨率(Res)是0.07nm,它不可能測(cè)量出小于它本身分辨率的寬度。因此,這個(gè)0.078nm不是激光器的線寬,而是光譜儀自身的最小測(cè)量寬度。






那么,如何測(cè)量窄線寬激光器真實(shí)的線寬呢?我們有許多間接的手段可以把窄線寬激光器的線寬呈現(xiàn)出來。




線寬測(cè)量方法:




 線寬測(cè)試系統(tǒng)圖 




我們采用延時(shí)自外差法對(duì)其線寬進(jìn)行了測(cè)量,它是一種精準(zhǔn)測(cè)量單縱模窄線寬激光器線寬較好的方法。對(duì)于延時(shí)自外差法系統(tǒng),激光器發(fā)出的光波經(jīng)耦合器分成兩路,一路經(jīng)過光纖延遲線,另一路經(jīng)過聲光調(diào)制器進(jìn)行移頻,兩路光波自身光頻非常大(可高達(dá)幾百太赫茲以上),但是經(jīng)過移頻,頻移量有幾十到幾百兆赫茲,此時(shí)兩路光頻相差僅為頻移量,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光波本身頻率,滿足拍頻條件。頻譜分析儀測(cè)量的為相干疊加后得到的光電流譜線,此時(shí)可從延時(shí)光電流譜線測(cè)定窄線寬激光器的線寬。下圖是我們近期對(duì)窄線寬激光的測(cè)試結(jié)果。測(cè)量-20dB處的線寬,然后除以20,也就是1.7kHz,就是激光器的線寬。





 窄線寬激光器線寬測(cè)試圖 





 LD-PD RIO相位噪聲對(duì)比圖 




DVS系統(tǒng):

DVS系統(tǒng),是光纖分布式振動(dòng)傳感系統(tǒng),是將光纖本身作為傳感器件,反饋光纖在不同位置的振動(dòng),溫度,應(yīng)力等變量,并實(shí)現(xiàn)精確定位的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)采用的是φ-OTDR技術(shù),對(duì)激光光源的線寬要求很高,最好要達(dá)到kHz量級(jí)。下圖是我們之前使用RIO窄線寬激光器研發(fā)的DVS低成本系統(tǒng)。使用的激光線寬越窄,識(shí)別的振動(dòng)位置精度就越高。






DVS系統(tǒng)示意圖