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窄線寬激光的特性與應(yīng)用 - 筱曉光子AOL實驗室

更新時間:2022-07-27點擊次數(shù):2141

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,測量它一半高度的光譜寬度,就是這個激光器的線寬,大約為40nm。







而窄線寬激光器的激光線寬在kHz量級,光譜呈針尖狀,廣泛用于傳感,雷達(dá),測試測量,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量級的。所以,用光譜儀直接測量窄線寬激光器線寬,是不可能測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,與實際情況相差甚遠(yuǎn)。這是因為我們使用的光譜儀本身的分辨率(Res)是0.07nm,它不可能測量出小于它本身分辨率的寬度。因此,這個0.078nm不是激光器的線寬,而是光譜儀自身的最小測量寬度。






那么,如何測量窄線寬激光器真實的線寬呢?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。




線寬測量方法:




 線寬測試系統(tǒng)圖 




我們采用延時自外差法對其線寬進(jìn)行了測量,它是一種精準(zhǔn)測量單縱模窄線寬激光器線寬較好的方法。對于延時自外差法系統(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。頻譜分析儀測量的為相干疊加后得到的光電流譜線,此時可從延時光電流譜線測定窄線寬激光器的線寬。下圖是我們近期對窄線寬激光的測試結(jié)果。測量-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試圖 





 LD-PD RIO相位噪聲對比圖 




DVS系統(tǒng):

DVS系統(tǒng),是光纖分布式振動傳感系統(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,溫度,應(yīng)力等變量,并實現(xiàn)精確定位的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)采用的是φ-OTDR技術(shù),對激光光源的線寬要求很高,最好要達(dá)到kHz量級。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,識別的振動位置精度就越高。






DVS系統(tǒng)示意圖

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