移频延时自外差法的DFB激光器线宽测量

为了测量分布反馈（DFB）单模半导体激光器线宽,采用一种新颖的基于马赫-曾德尔干涉结构的光纤自外差测量方案,设计了一套全光纤延时自外差法测量系统,并进行了理论分析。在此基础上搭建了延时光纤长度分别为900m,3000m和6000m的窄带线宽测量系统,对实验室一台中心波长为1550nm、标称线宽值为800kHz的DFB单模半导体激光器光源进行了测试,测得激光器线宽值分别为951.566kHz,832.471kHz和802.221kHz,并对所设计的方案进行了模拟仿真验证。结果表明,与模拟仿真结果作对比,延时光纤长度为6000m时的窄带线宽测量系统最优,其误差在3%之内,证明了所用自外差干涉原理的合理性和准确性。全光纤移频延时自外差法对测量DFB激光器线宽具有优越性和重要的实用价值。     

基于延时自零差光相干接收机的激光器相位噪声测试系统

在相干光通信系统中,激光器相位噪声是影响接收机灵敏度的重要因素。针对相干光通信中的激光光源相位噪声测试提出并研究了表征激光器相位噪声的3个关键指标,分别是电场的功率谱密度、相位误差方差和FM噪声谱线,建立了基于延时自零差相干接收技术的窄线宽激光器相位噪声测试系统,实现了系统仿真,并对一窄线宽激光器进行了相位噪声测试,相比传统的自外差线宽测量技术,此方法在满足测试分辨率要求的同时能够更全面表征激光器相位噪声特性。     

延时自外差法线宽测量误差分析仿真及修正

讨论了移频延时自外差探测的基本原理,并对外差得到的功率谱进行了公式推导。在此基础上,对外差测量中出现的测量误差进行分析,同时设计了自外差测量实验装置进行实验对比,确定了由于延时线长度不够导致的线宽测量误差来源是因为延时时间短导致幂指数函数项波动加剧造成的;同时针对外差信号频谱为洛仑兹型和类高斯型的混合谱型,在高斯功率谱密度函数的基础上,对延时时间和1/f谱宽的影响进行了仿真计算,采用Voigt分析,提取出1/f导致的测量误差,提高了线宽测量的精度。以高斯谱宽4.5 kHz的谱型为例,对应的洛仑兹线宽约为0.68 kHz,提高了一个数量级的测量精度。     

频谱仪快速测定窄线宽激光器线宽

针对传统光谱仪和F-P 干涉仪分辨率不能满足窄线宽激光器线宽的测量要求, 基于延时自外差法搭建测试平台.设置频谱分析仪分辨率参数抑制噪声实验, 通过使用20 km 延时光纤、80 MHz声光移频器和50:50 光纤耦合器, 通过光电探测器实现光电转换并利用频谱分析仪分析测试信号.对频谱分析仪分辨带宽RBW 和视觉带宽VBW 以及扫频范围(Scan Range)进行优化设置, 在不降低测试灵敏度的情况下, 将重叠信号分辨开, 使其不会过多滤掉高频成分而失真并对线宽功率谱峰值进行洛伦兹曲线拟合.最后得到了1 550 nm 波长可调谐光纤激光器(1 520~1 570 nm)的线宽值约为161 kHz, 为频谱仪的参数优化设置及窄线宽激光器线宽标定提供了相关参考.     

光反馈对光纤光栅外腔半导体激光器特性的影响

主要研究了外加光反馈对光纤布拉格光栅外腔半导体窄线宽激光器特性的影响。在研究温度对光纤光栅外腔半导体激光器激射波长影响的基础上,设计了强度可调的外加光反馈系统,并利用延时自外差法测试外腔半导体激光器的线宽,从实验上分析了不同强度的外加光反馈对外腔半导体激光器线宽和噪声的影响。实验结果表明,在外加光反馈强度逐渐增强的过程中,激光器线宽逐渐变窄。当反馈比为-22dB时,激光器线宽被压窄至原始线宽的15%。与此同时,在相同的反馈变化下,激光器的相对强度噪声开始无明显变化,直到反馈比达到-27dB。再继续增大反馈强度,相对强度噪声显著增大,激光器内部发生相干崩塌。     

窄线宽激光器线宽测量方法

回顾了窄线宽激光器线宽测量的各种方法和发展过程,介绍了利用光外差法测量窄线宽激光器线宽的基本原理,描述了双光束外差法和延时自外差法的不同测试机理。针对延时零拍自外差法容易引起的系统误差,说明了光源调制和光路调制移频非零拍自外差法不同改进方案的优缺点。综述了窄线宽激光器测量线宽的新方法。对窄线宽激光器线宽测量方法进行了较全面的梳理,从发展过程看双光束外差法和延时自外差法有着各自的测量优势。     

一种新颖的自反馈光注入单频窄线宽光纤激光器

报道一种基于自反馈光注入的单频窄线宽光纤激光器。激光器采用线形腔结构,用高掺杂Er3+光纤作为增益介质,利用输出信号光分束反馈与腔内振荡激光干涉,形成折射率光栅与增益光栅共同作用选择纵模,获得稳定的1 549.85 nm单频窄线宽激光输出。在975 nm单模激光二极管(LD)抽运下,激光器的抽运阈值光功率为13 mW。当抽运光功率为112 mW时,最大输出信号光功率为30.6 mW,对应的光-光转换效率为27.3%,斜率效率为30.2%,信噪比大于50 dB。采用延时自外差方法测量线宽,当使用30 km单模光纤延迟线时,测量得到激光器的3 dB线宽为4.0 kHz。     

利用全光纤自外差系统研究光纤光栅半导体激光器的线宽

以带光纤尾纤引出式微体声光移频器（ＡＯＦＳ）为基础,用全光纤结构的延迟自外差激光器线宽测量系统（分辨率为５０ｋＨｚ）,其中声光移频器插入损耗仅为２．９ｄＢ,大大提高了信噪比。采用该系统对窄线宽１．３μｍ光纤光栅半导体激光器（ＦＢＧ－ＬＤ）进行了测量,测得激光器线宽的典型值为１．５ＭＨｚ,同时分析了测量系统近端反射光对线宽测量精度的影响以及ＦＢＧ－ＬＧ的线宽压窄特性,最后验证了ＦＢＧ－ＬＤ 输出线宽     

可移动光学超稳腔的研制及其稳定性测试

可移动超稳腔可以减小环境振动对激光稳定性带来的影响,适合振动强度较大的运输条件。本文展示了一种由低膨胀系数玻璃制作的光学谐振腔,并测试了激光锁定到该可移动超稳腔的频率稳定性。支杆固定于金属热屏蔽罩内的机械设计使其具有良好的稳定性和可移动性。采用短延迟自外差干涉法测量了激光器锁定到超稳腔后的线宽,并且借助振动平台测试其稳定性。实验发现锁定后的激光器线宽和振动频率存在线性关系,激光器线宽会随着振动加速度增大出现饱和效应。去除振动时激光线宽可以恢复到无振动时的数值,证实该超稳腔具有较高稳定性。     

窄线宽低噪声可调谐非平面环形激光器

针对空间相干光通信和探测等应用,对非平面环形激光器的线宽、噪声和调谐特性进行了系统的实验研究。单频输出功率达到752mW,光光效率42%,斜率效率54%。采用延时自外差拍频法测试了激光线宽,其随泵浦功率的增加而增大,输出功率小于200 mW 时,线宽小于1 kHz,在最高输出功率下线宽为2.3 kHz。激光强度噪声主要由弛豫振荡引起,相对强度噪声（RIN）随着泵浦功率的提高而降低。在1.78W 泵浦功率下,RIN 达到-93 dB/Hz。采用温度和压电两种方式进行了激光调谐。温度调谐范围达到62 GHz。压电调谐范围达到130MHz,响应带宽100 kHz。     

1/f frequency noise effects on self-heterodyne linewidthmeasurements

The effects of a 1/f frequency noise on self-heterodyne detection are described, and the results are applied to the problem of laser diode linewidth measurement. The self-heterodyne autocorrelation function and power spectrum are evaluated for both the white and the 1/ f components of the frequency noise. From numerical analysis, the power spectrum resulting from the 1/f frequency noise is shown to be approximately Gaussian, and an empirical expression is given for its linewidth. These results are applied to the problem of self-heterodyne linewidth measurements for coherent optical communications, and the amount of broadening due to 1/f frequency noise is predicted     

激光器线宽对-OTDR系统性能影响的研究

为了对相位敏感光时域反射系统进行优化设计,采用相位敏感光时域反射原理搭建了一套多点入侵检测系统,通过数值模拟和实验分析了激光器线宽对系统性能的影响,由理论分析发现,随着激光器线宽的增大,系统探测到的后向相干瑞利散射的波纹逐渐平滑,系统的信噪比和定位精度也随之降低,直至不能定位和识别干扰信息;并利用7km的光纤进行了相关实验。结果表明,当激光器线宽由5kHz增加到200kHz时,系统探测到的后向瑞利散射信号出现了较大的平滑,信噪比则由12dB减小到3dB,这与理论分析的规律一致。     

Excess phase noise in self-heterodyne detection

The interpretation of self-heterodyne spectra is difficult if, apart from spontaneous emission, additional noise sources are presented. Measurements on an external-cavity semiconductor laser show how, for a relatively long delay, the high-frequency (Lorentzian) wings of the self-heterodyne spectrum are a sensitive measure for the quantum-limited (Schawlow-Townes) laser linewidth. The quantum-limited laser linewidth is shown to be inversely proportional to the output power. Values below 5 kHz are routinely measured. The full width at half maximum (FWHM) laser linewidth is larger than this due to excess low-frequency fluctuations, which are shown to result from the presence of side modes     

Generation and coherent characteristics analysis of laser phase modulation spectrum by cascaded phase modulators

Laser phase modulation spectrum with 25 frequency bands is generated by modulating a single frequency laser with two cascaded phase modulators (PMs) with driving voltage amplitudes at 3.2 V and 7.8 V, respectively. And the time delay self-heterodyne method is adopted to measure and analyze the coherent characteristics of the original single frequency laser light and the generated multi-frequency light from two phase modulation schemes. By comparison of laser linewidth, the experimental results show that the laser phase modulation does not change the coherent characteristics of each frequency band, and the laser phase modulation spectra benefit the performance optimization for the Rayleigh scattering based optical fiber sensing system.     

基于光纤光栅法布里-珀罗腔的高效窄线宽光纤激光器

报道了采用双光纤光栅(FBG)法布里-珀罗(F-P)腔选模的线形腔结构窄线宽光纤激光器。激光器以高掺杂Er~(3 )光纤为增益介质,利用全光纤型法拉第旋转器(FR)抑制空间烧孔效应,通过两个短光纤光栅法布里-珀罗腔选模,产生了稳定的1534．83 nm单频激光输出。激光器采用两支976 nm单模激光二极管(LD)抽运,两端输出。激光器阈值抽运光功率为12 mW,在总抽运光功率为145 mW时总输出信号光功率为39．5 mW,单端最高输出信号光功率为22 mW。光-光转换效率为27％,斜率效率为29．7％。随着抽运功率的增加,激光器输出功率趋于饱和。采用延迟自外差方法精确测量光纤激光器线宽,实验中使用了15 km单模光纤延迟线,由于测量精度的限制,得到激光器的线宽小于7kHz。这种光纤激光器具有输出功率高、线宽窄、信噪比高的特点,可用于高精度的光纤传感系统。     

High efficient and narrow linewidth fiber laser based on fiber grating Fabry-Perot cavity

A high Er3+-doped narrow linewidth fiber laser based on fiber Bragg grating Fabry-Perot cavity was demonstrated. The spatial hole burning effect was restrained by a fiber Faraday rotator. Two short fiber Bragg grating Fabry-Perot cavities as narrow bandwidth filters discriminated and selected laser longitudinal modes efficiently. A stable single-frequency 1534.83 nm laser was acquired. Pumped by two 976 nm laser diodes and two-ended output, the fiber laser exhibited a 12 mW threshold. Total 39.5 mW output power and one end 22 mW output power were obtained at the maximum 145 mW pump power. Optical-optical efficiency was 27% and slope efficiency was 29.7%. The output power seemed to be saturated when pump power increased. The 3 dB linewidth of the laser was less than 7.5 kHz, measured by the delayed self-heterodyne method with 15 km monomode fiber. The high power narrow linewidth fiber laser can be used in high resolution fiber sensor systems.     

单频激光宽频段频率和强度噪声测量技术

报道了一种mHz至MHz宽频段激光噪声的规范测量技术。通过研制基于迈克耳孙光纤干涉仪的相关延时自外差频率噪声测量装置和具有定标功能的光外差拍频测量装置,结合频谱分析仪和快速傅里叶变换分析仪等标准仪器,规范地测量出了单频激光在mHz至MHz宽频段内的频率和强度噪声特性,并验证了测量结果的准确性。该测量技术有望应用于引力波探测和精密测量等应用中的激光噪声评估。