频谱仪快速测定窄线宽激光器线宽

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使用光纤传输系统的激光线宽实验技巧

使用光纤传输系统的激光线宽实验技巧随着科技的不断进步，激光技术在各个领域中起着越来越重要的作用。

而激光的线宽是评估激光信号质量的重要指标之一。

本文将介绍使用光纤传输系统进行激光线宽实验的技巧和步骤。

一、实验背景介绍在进行实验之前，我们首先需要了解激光线宽的概念。

激光线宽是指激光信号频谱在频率或波长上的宽度，它直接反映了激光信号的频谱纯净程度和相干性。

线宽越窄，表明激光信号频谱纯净度越高，相干性越好。

二、实验准备1. 实验器材-激光器：选择适合实验的激光器，注意激光器的工作波长和功率要符合实验需求。

-光纤：选用低损耗和高耐高功率的光纤进行传输。

-光纤连接器：用于连接光纤和激光器。

-功率计：用于测量输出光功率。

-频谱仪：用于测量激光信号频谱。

2. 实验环境-实验室环境要求比较高，保证光路的稳定性和减小外界干扰。

-需要一台电脑和数据采集设备用于记录和分析实验数据。

三、实验步骤1. 搭建实验平台-将激光器与功率计通过光纤连接器连接起来，确保连接质量良好。

-将激光器输出的光信号通过另一根光纤连接到频谱仪上，确保连接质量良好。

2. 调整激光器参数-根据实验要求，调整激光器的工作波长和功率。

-通过功率计测量激光器的输出功率，并校准功率计。

3. 测量激光线宽-启动激光器并等待其稳定工作。

-使用频谱仪测量激光信号的频谱，并记录下频谱数据。

4. 分析实验数据-将频谱仪测得的频谱数据导入电脑，并使用相应的分析软件进行数据分析。

-计算激光信号的线宽，并进行结果统计和图表展示。

四、注意事项1. 操作前需检查实验器材是否正常工作。

2. 实验过程中要注意安全，避免直接暴露于强光线下。

3. 实验数据的准确性需要多次测量和平均处理。

4. 实验过程中注意避免光纤弯曲或损坏，以免影响信号传输和测量结果。

五、实验结果及分析通过以上实验步骤，我们可以得到激光信号的频谱数据，并计算得到激光线宽。

根据实验数据分析，我们可以评估激光器的性能，例如激光器的频谱纯净度和相干性。

测量激光谱线线宽

测量激光谱线线宽一．实验目的加深了解法布里—泊罗标准具的多光束干涉原理；加深了解频域—时域对应测量的基本方法；掌握谱线线宽的测量方法。

二．实验内容掌握线宽测量光路的调整方法，掌握CCD系统在线宽测量上的应用；测量单频He-Ne 激光器的线宽；测定F-P标准具的精细常数。

三．实验原理1．F-P标准具多光束干涉原理使用F—P干涉仪测量He-Ne激光器谱线线宽的光路如下图1所示：图1：F—P干涉仪测量He-Ne激光器谱线线宽光路示意图激光束经凸透镜L1扩束，投射到F—P标准具上，F—P标准具将不同角度入射的光束变换为一组一组方向不同的平行光，换言之，某一角度入射的光线，经标准具两面多次反射之后，变成与光轴成某一角度的一组平行光，各组平行光经过透镜L2聚焦在L2焦平面不同半径位置上，形成一系列同心干涉条纹。

透镜L2实际为CCD前的镜头。

F—P是多光束干涉仪，其原理如图2所示：图2：多光束干涉原理图由多光束干涉计算结果表明：F—P腔标准具对于不同的波长的光波有不同的透射T：T=I出I0=T1T2V(1−RV)2+4RV∙sin2(K∙L′)（1）其中,I0：入射光强、I出：出射光强、r1：第一面的反射率、r2：二面的反射率、t1：第一面的透射率、t2：第二面的透射率、v：标准具内衰减系数、λ：波长、L：标准具厚度、α：折射角、L’ = Ln (n为玻璃折射率)，R1=r12，R2=r22。

2．F-P标准具透过率T透射率T为极大值的条件即为：sin2(K×L′)=0,K×L′=mπ,m=1,2,3…即：2L’cosθ=mλ（2）3.自由光谱区当入射光为单色光时F—P仪的频谱是一系列的投射峰，相应地在屏空间上形成多级干涉条纹。

当射入光具有一定带宽时，当频率最小υ1的m级与频率最大υ2的m+1级重合时，Δυ=υ2−υ1即为仪器的自由光谱区。

Δυ=c2L‘cosθ(3)4. 标准具的透过率谱线宽度标准具的透过率谱线宽度δυ，即透过率为最大值的一半时所对应的频率宽度，在垂直入射近似下：T max=T1T2v (1−Rv)212T max =T 1T 2v 2(1−Rv )2=T 1T 2V (1−RV)2+4RV ∙sin 2[(K ∙L ′)+12δ(K ×L′)]联立解得：δυ=Δυ(1−RV)π=ΔυΔv π(4)5．精细常数标准具的精细常数有下式决定：F =Δυδυ（5）精细常数越大，标准具的分辨率越大。

1550nm高效窄线宽光纤激光器

1550nm高效窄线宽光纤激光器**伍波**,刘永智,刘爽,张谦述,代志勇(电子科技大学光电信息学院,四川成都610054)摘要:研制了一种采用双光纤光栅法布里-珀罗(FBG 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Er3+光纤为增益介质,结合非相干技术,利用全光纤型法拉第旋转器(FR)抑制空间烧孔效应,通过2个短FBG F-P腔选模,产生了稳定的1550nm单频激光输出。

采用两端976nm LD抽运方式,阈值抽运光功率为11mW,在抽运光功率为145mW时输出信号光功率为73mW。

光-光转换效率为50%,斜率效率达55%。

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10km单模光纤延迟线,由于测量精度的限制,得到线宽小于10kH z。

研究表明,这种光纤激光器具有输出功率高、线宽窄和信噪比高的特点,可用于高精度的光纤传感器系统。

关键词:激光技术;光纤激光器;窄线宽;光纤光栅法布里-珀罗(FBG F-P)腔;法拉第旋转器(FR)中图分类号:TN253文献标识码:A文章编号:1005-0086(2007)07-0770-031550nm Hig h Efficient Narrow Lin ew id th Fib er LaserWU Bo**,LIU Yong-Zhi,LIU Shuang,ZH ANG Qian-shu,DAI Zh-i yong(School of Optoelectronic Information,University of Electronic Science and Technolog y,Chengdu610064,China)A bs tra ct:A high efficient narrow li newidth fiber laser based on fiber Bragg grating Fabry-Perot(FBG F-P)cavity was demonstrted.The spatial hole burning effect was restrained by fi ber Faraday rotator(FR).Two short FBG F-P cavities as narrow band width filters discrimi nated and selected the laser longitudi nal modes efficiently.Stable single frequency1550nm laser was acquired.Pumped by two976nm LD,the fiber laer exhi bi ted a11mW threshold.The73mW output power was obtai ned upon the maximu m145mW pump power.The opti ca-l optical efficciency was50%and the slope effi ci ency was 55%.T he3dB linewidth of laser was less than10kHz,measured b y the delayed sel-f heterod yne method with10km mono-mode fiber.T he high power narrow linewid th fi ber lasr can be used in high resolution fiber sensor system.Key words:laser technology;fiber laser narrow linewidth;fiber Bragg grating Fabry-Perot(FBG F-P)cavi ty;Fara-day rotator(FR)1引言窄线宽光纤激光器作为光纤激光传感器光源,具有对电磁场的干扰、安全、体积小和可远程控制等特性[1,2]。

基于DSHI的窄线宽光纤激光器线宽测量

基于DSHI的窄线宽光纤激光器线宽测量肖华菊;王翔;马云;张洁【摘要】窄线宽光纤激光器的线宽作为相干光学系统的重要参数需要进行准确的测定,延时自外差法(DSHI)是测量窄线宽比较理想的方法.本文讨论了DSHI测量线宽的基本原理,根据DSHI的功率谱表达式,利用MATLAB程序对不同光纤延迟线长度条件下的DSHI功率谱进行了仿真,并分析和讨论了光纤延迟线长度对线宽测量结果的影响.建立了1550 nm波长的DSHI线宽测量系统,对IPG公司的光纤激光器线宽进行了测量.该系统用示波器代替频谱仪,并采用FFT软件算法对示波器获取的光电流信号进行分析,测得该激光器的线宽约为16 kHZ,在理想的精度范围内.【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2010(037)008【总页数】5页(P57-61)【关键词】线宽测量;光纤激光器;DSHI;光纤延时【作者】肖华菊;王翔;马云;张洁【作者单位】中国工程物理研究院,流体物理研究所,冲击波物理与爆轰物理实验室,四川,绵阳,621900;西南交通大学,机械工程学院,成都,610031;中国工程物理研究院,流体物理研究所,冲击波物理与爆轰物理实验室,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院,流体物理研究所,冲击波物理与爆轰物理实验室,四川,绵阳,621900;西南交通大学,机械工程学院,成都,610031【正文语种】中文【中图分类】TN247%TN2530 引言窄线宽光纤激光器在光学测量和光通信领域有着十分广泛的应用，在许多系统中，如全光纤干涉仪、光纤载波传输系统、基于FMCW(Frequency-modulated Continuous Wave)技术的光纤传感系统等，激光器的线宽特性对于系统精度有着十分重要的作用[1]。

在FMCW技术系统中，激光器的线宽或相干长度决定了测量的距离和灵敏度。

因此，对这类激光器的线宽进行测量是一项非常重要并且有意义的工作。

延时自外差法简称DSHI(Delayed Self-heterodyne Interferometer)，是测量窄线宽比较理想的方法。

基于光纤延时自外差法的测量窄线宽激光器线宽装置及其测量方法[

[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]发明专利申请公布说明书[11]公开号CN 101201243A[43]公开日2008年6月18日[21]申请号200710178384.6[22]申请日2007.11.29[21]申请号200710178384.6[71]申请人北京航空航天大学地址100083北京市海淀区学院路37号[72]发明人欧攀贾豫东张春熹冯迪胡姝玲曹彬[74]专利代理机构北京永创新实专利事务所代理人周长琪[51]Int.CI.G01B 11/02 (2006.01)权利要求书 1 页说明书 8 页附图 4 页[54]发明名称基于光纤延时自外差法的测量窄线宽激光器线宽装置及其测量方法[57]摘要本发明公开了一种基于光纤延时自外差法的测量窄线宽激光器线宽装置及其线宽测量方法，硬件装置上通过在第一、第二耦合器之间连接一光纤延时线、以及在第一、第二耦合器之间连接一声光调制器，被测激光器连接在第一耦合器的输入端上，光电探测器连接在第二耦合器的输出端上，光电探测器与频谱分析仪连接。

在线宽测量上利用移频延时自外差法原理建立激光器线宽Δυ与光电流外差信号谱宽Δf的仿真模型，以及利用三阶比例函数模型拟合获得激光器线宽Δυ与光电流外差信号谱宽Δf的函数关系，本发明提出了采用短光纤延时自外差法，可以在延时光纤长度远小于6倍的激光器相干长度时，消除延时自外差法因为延时时间不够导致测量精度的大幅度下降这一缺陷，为工程上实现精确测量窄线宽激光器线宽提供了行之有效的方法。

200710178384.6权利要求书第1/1页1.一种基于光纤延时自外差法的测量窄线宽激光器线宽装置，其特征在于：被测激光器输出光信号给第一耦合器，第一耦合器将接收的光信号分成A路光、B路光，其中A路光经一段光纤延时线后进入第二耦合器，B路光经声光调制器后进入第二耦合器，A路光、B路光在第二耦合器中合光后输出到光电探测器，光电探测器对接收的光信号经混频后输出光电流外差信号给频谱分析仪。

测量激光谱线线宽

二．实验内容掌握线宽测量光路的调整方法，掌握CCD系统在线宽测量上的应用；测量单频He-Ne激光器的线宽；测定F-P标准具的精细常数。

三．实验原理1． F-P标准具多光束干涉原理使用F—P干涉仪测量He-Ne激光器谱线线宽的光路如下图1所示：图1：F—P干涉仪测量He-Ne激光器谱线线宽光路示意图激光束经凸透镜L1扩束，投射到F—P标准具上，F—P标准具将不同角度入射的光束变换为一组一组方向不同的平行光，换言之，某一角度入射的光线，经标准具两面多次反射之后，变成与光轴成某一角度的一组平行光，各组平行光经过透镜L2聚焦在L2焦平面不同半径位置上，形成一系列同心干涉条纹。

透镜L2实际为CCD前的镜头。

F—P是多光束干涉仪，其原理如图2所示：图2：多光束干涉原理图由多光束干涉计算结果表明：F—P腔标准具对于不同的波长的光波有不同的透射T：（1）其中,I0：入射光强、I出：出射光强、r1：第一面的反射率、r2：二面的反射率、t1：第一面的透射率、t2：第二面的透射率、v：标准具内衰减系数、λ：波长、L：标准具厚度、α：折射角、L’ = Ln (n为玻璃折射率)， R1=r1 2，R2=r22 。

2．F-P标准具透过率T透射率T为极大值的条件即为：即：（2）3.自由光谱区当入射光为单色光时F—P仪的频谱是一系列的投射峰，相应地在屏空间上形成多级干涉条纹。

当射入光具有一定带宽时，当频率最小的m级与频率最大的m+1级重合时，即为仪器的自由光谱区。

(3)4. 标准具的透过率谱线宽度标准具的透过率谱线宽度，即透过率为最大值的一半时所对应的频率宽度，在垂直入射近似下：联立解得：(4)5．精细常数标准具的精细常数有下式决定：（5）精细常数越大，标准具的分辨率越大。

影响精细常数的因素很多，如反射率R的大小，反射面的不平行度等。

窄线宽半导体激光器的相对强度噪声测试方法

窄线宽半导体激光器的相对强度噪声测试方法下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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一种偏振无关的高精度超窄激光线宽测量方法

一种偏振无关的高精度超窄激光线宽测量方法刘毅;邱硕丰;刘波;林列【摘要】介绍了一种偏振无关的DSHI(延时自外差法),其光路系统是基于FRM(法拉第旋转镜)的Michelson干涉仪,并对其激光线宽测量原理和偏振无关的特性进行了理论分析.在此基础上分别对传统的M-Z(马赫—曾德)型DSHI和偏振无关的Michelson型DSHI进行了偏振态稳定性测试和超窄(4.5 kHz)激光线宽测量比较,结果表明,具有高偏振态稳定性的Michelson型DSHI对激光线宽的测量精度更高,同时,用该高精度的Michelson型DSHI在理想的精度范围内成功完成了对另一台1.7 kHz超窄半导体激光器线宽的测量.【期刊名称】《光通信研究》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】4页(P45-48)【关键词】线宽测量;迈克尔逊干涉仪;法拉第旋转镜;延时自外差法【作者】刘毅;邱硕丰;刘波;林列【作者单位】南开大学信息技术科学学院,天津300071;南开大学信息技术科学学院,天津300071;南开大学信息技术科学学院,天津300071;南开大学信息技术科学学院,天津300071【正文语种】中文【中图分类】TN2480 引言现如今，窄线宽特别是超窄线宽激光器已广泛应用于各种领域，例如，相干光通信、石油管道光纤传感、高精度光谱、激光雷达、测距以及遥感等。

激光器的线宽特性或者相干长度对这些系统的噪声性能、测量距离、精度和灵敏度等起着决定性的作用，对这类激光器的线宽进行高精度测量在实际应用中非常重要。

目前，比较理想的窄线宽激光器线宽测量方法是DSHI（延时自外差法），其核心光路系统是一个M－Z（马赫－曾徳）型干涉仪，该方法省掉了在传统外差法中所要求的本振光源，使光路变得简单，但是其偏振态稳定性差，此外，对于线宽更窄的待测激光器，其线宽的测量对于延时光纤的使用长度也会有更高的要求，这些都限制了激光线宽的测量精度。

本文分析了偏振无关的Michelson型DSHI的线宽测量原理和其高偏振态稳定性，在此基础上分别搭建了传统的 M－Z型和改进的 Michelson型DSHI测谱系统，分别对其偏振态稳定性进行了测试比较，并对4.5kHz的超窄半导体激光器进行了线宽测量比较，结果表明，偏振无关的Michelson型DSHI可提高超窄激光线宽的测量精度，同时，用该偏振无关的Michelson型DSHI测谱系统对线宽更窄（1.7kHz）的半导体激光器也进行了线宽测量，同样取得了良好的实验结果。

超窄激光线宽测量的光外差混频测谱法

超窄激光线宽测量的光外差混频测谱法邱硕丰;刘毅;刘波;张瑞;钱彧哲;吕家琪【摘要】Lasers are widely applied in such areas as ranging and sensing for good monochromaticity and energy concentration and linewidth is an important index for measuring laser monochromaticity.Therefore,it is of great significance to investigate the methods for measuring narrow linewidth.This paper systematically introduces several heterodyne-based methods for line-width measurement and conducts the relevant experiments and comparative analysis.The results show that Michelson interfer-ometer with Faraday rotator mirror is an ideal method for measuring narrow laser linewidth.%激光以其单色性好、能量集中等优点在测距、传感等领域获得了极为广泛的应用，而线宽是衡量激光单色性的重要指标，因此对窄线宽激光线宽测量的研究具有非常重要的意义。

文章较为系统地介绍了几种基于相干光的拍频信号测量窄线宽激光线宽的方法，并对其进行了实验研究和对比分析。

结果表明，采用带法拉第旋镜的迈克尔逊干涉仪结构是一种非常理想的窄激光线宽测量方法。

【期刊名称】《光通信研究》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】4页(P54-57)【关键词】线宽测量;马赫-曾德干涉仪;迈克尔逊干涉仪;光纤环行腔【作者】邱硕丰;刘毅;刘波;张瑞;钱彧哲;吕家琪【作者单位】南开大学电子信息与光学工程学院，天津 300071;南开大学电子信息与光学工程学院，天津 300071;南开大学电子信息与光学工程学院，天津300071;南开大学电子信息与光学工程学院，天津 300071;南开大学电子信息与光学工程学院，天津 300071;南开大学电子信息与光学工程学院，天津 300071【正文语种】中文【中图分类】TN2480 引言激光是一种通过受激辐射放大得到的光，具有单色性好、方向性好、相干性好和亮度高等优点。

短光纤延时自外差法测量窄线宽激光器线宽_贾豫东

时自外差法, 采用该方法可以在延时光纤长度远小于 6倍的激光器相干长度时, 消除延时自外
差法因为延时时间不够导致测量精度的大幅度下降这一缺陷, 为工程上实现精确测量窄线宽
激光器线宽提供了行之有效的方法.
关键词: 激光器; 线宽测量; 短光纤延时自外差法
中图分类号: TN 248
文献标识码: A
文章编号: 1001 5965( 2008) 05 0568 04
( 2)
式中, s 和 L 分别为信号光和本振光角速度; s
和 L 分别为信号光和本振光相位; E s 和 EL 分别
为信号光和本振光振幅; t 为时间变量. 由光电探
测器平方律特性, 其输出光电流 [ 3] 为
i = [ es ( t ) + eL ( t ) ] 2
( 3)
式中, 为光电转换系数. i 经过有限带宽的中频
2 008 年
将试验参数代入仿真程序, 得到仿真结果如图 3a和图 3b.
两组结果基本吻合. 根据上面移频延时自外差法理论分析, 图 2 中的实测不能精确反映激光器的线宽, 线宽较窄的 B 激光器光纤延时线长度需达到 71 km, 才能得到比较精确的线宽数值. 而以现在报道的线宽已突破 1 kH z的激光器, 光纤延时长度将会达到惊人的上千公里左右, 这显然会使整个测量方案很难得以实现. 因此, 如何以较短的光纤达到长光纤的测量结果显得非常重要.
收稿日期: 2007 04 27 作者简介: 贾豫东 ( 1975 - ) , 男, 甘肃庆阳人, 博士生, jyd _b lu eeye@ 126. com.
第 5期
贾豫东等: 短光纤延时自外差法测量窄线宽激光器线宽

北航17系激光线宽测试技术研究指导书

激光线宽测试技术研究一、实验目的1. 了解频谱仪以及探测器的使用2. 掌握延迟外插法测量窄线宽激光的基本原理3. 熟悉延迟外插法测量窄线宽激光的方法二、基本原理延迟自外差测谱法的典型分辨率为KHz 量级，窄线宽激光器线宽测量技术中，这种线宽测量方法应用最为广泛。

延迟自外差法/零差法的基本原理是利用 Mach-Zehnder 型干涉仪把光的相位或频率噪声转换为强度噪声。

其关键是把被测激光器的一部分输出光因为本地振荡，从延迟的和非延迟的激光光波之间的 RF （声光调制器所加的射频）拍频/零拍频信号确定出激光器的线宽，基本系统框图如图1 所示。

图1延迟自外差/自零差测谱法的装置示意图1单模激光器的量子相位噪声单模激光器可认为是一个振幅稳定，相位有扰动的准单色电磁场00()exp [()]E t E j t t ωφ=+ 1 式中E0为振幅，ω0为电磁场的中心频率，υ(t)代表相位的随机波动，它导致谱线展宽。

引入光场的自相关函数：(1)0()()()exp[(,)]exp()E G E t E t j t j ττφτωτ*=<+>=<∆> 2△υ(t,τ)是相位抖动，表示的从时间t 到t +τ随机相位的变化。

(,)()()t t t φτφτφ∆=+- 3大多数情况下，该相位的随机变化可以假设为零均值的平稳高斯随机过程，其概率密度函数可以表示为：221/221()[()]exp[][2()]2()W φτφτπφτφτ∆∆=⋅-<∆><∆>4<△υ2(τ)>是相位抖动的均方，与瞬时角频率波动谱S υ(ω)相关，可以表示为：22sin 2()[]()22S d φωττφτωωωτπ+∞-∞<∆>=⎰5根据文献[10]，利用众所周知的关系式：21exp[(,)]exp[()]2j t φτφτ<±∆>=-<∆> 6 因此激光场的相关函数可以表示为：(1)201()exp[()]exp()2E G j τφτωτ=-<∆> 7 考虑激光器工作于阈值以上量子相位噪声的影响，瞬时角频率波动谱S υ(ω)可以看成是平坦的，因此< △υ2(τ)>可以看作是随延迟时间线性变化的，即：2()2φτγτ<∆>= 8这里2γ是（3-8）式傅立叶变换后得到的激光场光谱S E (ω)的半高全宽（FWHM ），对（3-8）作傅立叶变换可得：20220/()()E S E γπωγωω=+- 92γ可以由 Schawlow-Townes 公式给出：2202(1)4sp mghvgn v P αγβ=+ 10νg是增益介质中光的群速度，h ν是光子能量，n sp 代表自发辐射因子，αm 是腔镜的损耗，β 是线宽的修正因子。