專利名稱：一種激光線寬測量方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光線寬測量技術，尤其是一種激光線寬測量方法和設備。
背景技術：
激光以其具有單色性好、亮度高、方向性強和相干性強等特點，作為光源廣泛應用于各個領域。而激光以上特點均可以歸結(jié)為其具有相對于其他光源的卓越的窄線寬、相干性好的特點，因此輸出的激光線寬成為評價激光器的重要指標之一。目前通常采用的測量激光線寬的方法有以下幾種(I)拍頻測量法 探測兩臺激光器的拍頻信號，經(jīng)頻譜分析儀(spectrum analyzer,以下簡稱SA)或動態(tài)信號分析儀(FFT)測量出拍頻信號線寬，如圖I所示。兩臺激光器Laserl、Laser2發(fā)出的激光通過分光棱鏡(BS)進行合束后，通過高速探測器(Det)進行探測，并將探測得到的拍頻信號送入頻譜分析儀或動態(tài)信號分析儀中進行測量，獲得拍頻信號線寬。這種方法可以采用兩臺結(jié)構(gòu)、器件相同，相互獨立的激光器合束后經(jīng)探測器探測，此時，單臺激光器線寬是得到的拍頻信號線寬的V 2/2倍?；蛘卟捎靡慌_已知線寬，且線寬遠小于待測激光線寬的激光器與待測線寬的激光器進行拍頻，此時，測量得到的拍頻信號線寬即待測激光器線寬。通過拍頻測量法測量待測激光器線寬時，由于進行拍頻的兩臺激光器相對獨立，受到氣流、機械震動和溫度等因素影響，造成輸出激光中心頻率的漂移，從而導致拍頻信號中心頻率不穩(wěn)定。而為了準確測量窄線寬激光器的線寬，也即窄線寬激光器輸出的激光線寬，需要將頻譜分析儀或動態(tài)信號分析儀的掃描范圍設定在一個較小的范圍內(nèi)以便準確測量，激光線寬越窄，需要設定的掃描范圍越小。這就需要激光器具有很好的頻率穩(wěn)定性，兆赫量級甚至是千赫量級的抖動都可能導致拍頻信號超出頻譜分析儀或動態(tài)信號分析儀的掃描、測量范圍。對于兩臺自由運轉(zhuǎn)、沒有進行頻率鎖定的激光器而言，其中心頻率的漂移和抖動使拍頻信號很難在很小的掃描范圍內(nèi)被穩(wěn)定捕捉，甚至信號的瞬態(tài)捕捉也很困難。因此在對窄線寬激光器進行線寬測量時，通常采用通過頻譜分析儀或動態(tài)信號分析儀采集單次觸發(fā)頻譜數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理的方法，得到單次觸發(fā)頻譜數(shù)據(jù)，經(jīng)過多次平均和數(shù)據(jù)擬合等數(shù)據(jù)處理得到激光線寬。而進行拍頻的兩臺激光器輸出激光的中心頻率抖動和漂移對這種抓圖的方法制造了困難，有時需要多次抓圖才能得到結(jié)果。此外，對幾次圖像的數(shù)據(jù)處理也相對麻煩。(2)頻率-電壓變換(Frequency-voltage converter)法如圖2所示，兩臺激光器，即主激光器(Maser laser)與從激光器(Slavelaser)，發(fā)出的激光通過分光棱鏡進行合束，所形成的拍頻信號與穩(wěn)定信號fKF在頻率相位探測器(Frequency-Phase-Detertor)中進行鑒頻鑒相，經(jīng)伺服系統(tǒng)將誤差信號反饋到從激光器(Slave laser)的頻率控制器件上，如壓電陶瓷(PZT)或者激光器驅(qū)動電流等，從而實現(xiàn)將一臺激光器(從激光器Slave laser)的頻率鎖定在主激光器(Maser laser)上,可得到穩(wěn)定的拍頻信號。圖2中，AOM為聲光調(diào)制器，A為放大器，tracking Osc.為跟隨振蕩器，VCO為壓控振蕩器，INT為積分器，+為加法器，Spectrum analyzer為頻譜分析儀、counter為計數(shù)器。其中的伺服系統(tǒng)包括兩個積分器。采用頻率-電壓變換的方式將兩臺激光器進行相對頻率鎖定，是避免進行拍頻的兩臺激光器輸出激光相對頻率漂移的目前比較公認的方法。但是，這種測量方法需要采用較復雜的電路系統(tǒng)，將頻率誤差通過伺服系統(tǒng)反饋到從激光器上，對反饋鎖定系統(tǒng)(包括伺服系統(tǒng)與頻率控制器件)要求較高。反饋鎖定系統(tǒng)帶寬太寬，將影響所測的實際激光線寬的準確性，這是因為當伺服系統(tǒng)帶寬過寬時，兩臺激光器輸出的激光可能部分相干甚至相干，當相干時得到的拍頻信號線寬表現(xiàn)為S函數(shù)，而不是真實的激光線寬。反饋鎖定系統(tǒng)帶寬太窄，又增加了頻率鎖定的難度。(3)延時自外差法(delayed self-heterodyne)利用光纖延時的方法，通過一臺激光器獲得兩束具有相同頻率噪聲但不相干的激光，將其中一束激光經(jīng)過移頻后與另外一束激光進行拍頻，所得拍頻信號線寬為待測激 光線寬的V 2倍。如圖3所示，待測線寬的激光器(Laser)發(fā)出的激光經(jīng)過光學隔離器(Isolator)后，在光纖耦合器(FC)中分成兩束；其中一束激光經(jīng)過一段延時為τ d的光纖，另一束激光經(jīng)過聲光調(diào)制器(AOM)進行移頻《s，之后兩束激光在另一個光纖耦合器中率禹合形成拍頻信號，依次進入探測器(H))、頻譜分析儀(Spectrum Analyzer)進行分析,獲得拍頻信號的線寬。當兩束激光相干時，得到的拍頻信號線寬表現(xiàn)為δ函數(shù)，而不是真實的激光線寬。延時自外差法通過光纖進行激光去相干的處理，使激光在光纖中的光程超過激光的相干長度，即去相干操作，與經(jīng)過移頻的同一臺激光器輸出的另一束激光進行拍頻后，得到的拍頻信號線寬的V 2/2倍即為待測激光線寬。延時自外差法測量線寬較寬的激光線寬時，可簡單的獲得穩(wěn)定的拍頻信號。但是對于線寬小于IOkHz的激光而言，有效去相干需要使用幾十千米以上光纖，更窄線寬激光則需要使用更長光纖。此外，由于光纖材料對不同波長的激光吸收有較大的區(qū)別，對于在光纖吸收較強范圍內(nèi)的激光，通過長光纖后輸出光嚴重衰減，影響了拍頻信號的信噪比。(4)損耗補償延時自外差法(loss-compensated recirculating delayedself-heterodyne detection)這種方法為了解決延時自外差法中有限的光纖長度帶來的線寬測量的局限性，采用了光纖環(huán)形腔的結(jié)構(gòu)，并且在光路中加入光纖放大器，例如，摻鉺光纖放大器(EDFA)，有效的彌補了激光在光纖中長距離傳輸帶來的損耗。如圖4所示，Laser為激光器，H)為探測器，ESA為頻譜儀，coupler為光纖稱合器，F(xiàn)requency shifter為頻率變換器。損耗補償延時自外差法通過光纖環(huán)形腔有效的解決了延時自外差法中有限的光纖長度帶來的線寬測量的局限性，同時為了彌補激光在光纖中長距離傳輸帶來的損耗，在光路中加入光纖放大器。但是，對于不具有對應光纖放大器的波長的激光，無法通過該損耗補償延時自外差法測量線寬。此外，光纖放大器帶來的如自發(fā)輻射等線寬展寬，會降低線寬測量的準確性，并且，光纖本身帶來的相位噪聲也將影響線寬測量結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種一種激光線寬測量方法和設備，以通過相對簡單的電路，在無需通過伺服系統(tǒng)對激光器進行電路反饋的情況下，可以測量窄線寬激光器及超窄線寬激光器的真實激光線寬?；谏鲜瞿康?，本發(fā)明實施例提供的一種激光線寬測量方法，包括將第一激光器輸出的第一激光與第二激光器輸出的第二激光進行合束，所述第一激光與所述第二激光頻率不同且相位不相關；探測接收合束后的拍頻信號fb，所述拍頻信號fb為第一激光與第二激光通過合束混頻后的差頻信號；將所述拍頻信號fb分為第一路拍頻信號與第二路拍頻信號；·
將第一路拍頻信號fb與頻率為&的理想信號混頻，得到第一拍頻信號與所述理想/[目號的差頻/[目號；通過可控帶寬跟隨振蕩器，產(chǎn)生差頻信號I在跟隨振蕩器的設定跟隨帶寬下的跟隨信號ft= fb-fol ；將第二路拍頻信號與跟隨信號ft混頻，輸出拍頻信號與跟隨信號ft的差頻信號
fo ；對差頻信號&進行分析，獲取第一激光器和/或第二激光器的激光線寬。本發(fā)明實施例提供的一種激光線寬測量設備，包括第一激光器、第二激光器、合束裝置、探測器、功分器、第一混頻器、可控帶寬跟隨振蕩器、第二混頻器與信號分析裝置，第一激光器輸出的第一激光與第二激光器輸出的第二激光頻率不同；所述合束裝置，用于使第一激光與第二激光進行合束；所述探測器，用于探測接收合束后的拍頻信號fb，所述拍頻信號&為第一激光與第二激光通過合束混頻后的差頻信號；所述功分器，用于將所述拍頻信號fb分為第一路拍頻信號與第二路拍頻信號；所述第一混頻器，用于將第一路拍頻信號fb與頻率為的理想信號混頻，得到第一混頻信號4、&、4+&、第一拍頻信號與所述理想信號的差頻信號；所述可控帶寬跟隨振蕩器，用于產(chǎn)生差頻信號Iffftl I在設定跟隨帶寬下的跟隨
目號 ft = I fb_fo I ;所述第二混頻器，用于將第二路拍頻信號與跟隨信號ft混頻，得到第二混頻信號fb、f0、|2fb-f0| 與 |fb-f0| ；所述信號分析裝置，用于對第二混頻信號中的差頻信號&進行檢測，以獲取第一激光器和/或第二激光器的激光線寬?；诒景l(fā)明上述實施例提供的激光線寬測量方法和設備，將拍頻信號fb與頻率為fo的理想信號混頻，利用可控帶寬跟隨振蕩器，得到在一定伺服帶寬下線寬的拍頻信號
fb-f01，并通過混頻的方式，使兩激光的拍頻信號fb與可控帶寬跟隨振蕩器的信號I fffoI的頻率噪聲相減抵消，使兩激光的拍頻信號轉(zhuǎn)換為具有穩(wěn)定中心頻率&的信號，該信號保持了激光器線寬的準確信息，從而可以獲取待測激光器的激光線寬，解決了目前測量窄線寬、超窄線寬激光器真實激光線寬的難題，與現(xiàn)有技術相比，無需通過伺服系統(tǒng)對激光器進行電路反饋，將兩臺激光器進行頻率鎖定，無需采用復雜的電路系統(tǒng)即可獲得窄線寬、超窄線寬激光器的真實激光線寬。


圖I為現(xiàn)有技術利用拍頻測量法測量激光線寬的示意圖；圖2為現(xiàn)有技術利用頻率電壓變化法實現(xiàn)激光頻率鎖定的示意圖；圖3為現(xiàn)有技術延時自外差法測量激光線寬的示意圖；圖4為現(xiàn)有技術損耗補償延時自外差法測量激光線寬的示意圖；圖5為本發(fā)明激光線寬測量方法一個實施例的流程圖；圖6為本發(fā)明實施例激光線寬測量設備一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明實施例中可控帶寬跟隨振蕩器一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；·圖8為本發(fā)明實施例激光線寬測量設備另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明實施例激光器線寬測量設備一個應用實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。圖5為本發(fā)明激光線寬測量方法一個實施例的流程圖。如圖5所示，該實施例激光線寬測量方法的流程包括101，將第一激光器輸出的第一激光與第二激光器輸出的第二激光進行合束。其中，第一激光與第二激光頻率不同且相位不相關。102，探測接收合束后的拍頻信號fb，該拍頻信號fb具體為第一激光與第二激光通過合束混頻后的差頻信號。103，將拍頻信號fb分為第一路拍頻信號與第二路拍頻信號。104，將第一路拍頻信號fb與頻率為&的理想信號混頻，得到第一拍頻信號與理想號的差頻號|fb-fol。105，通過可控帶寬跟隨振蕩器，產(chǎn)生差頻信號Iffftl I在跟隨振蕩器的設定跟隨帶寬下的跟隨信號ft = I fb-f01。106，將第二路拍頻信號與跟隨信號ft混頻，輸出拍頻信號與跟隨信號ft的差頻信號fo。107，對差頻信號&進行分析，獲取第一激光器和/或第二激光器的激光線寬。具體地，可以對差頻信號&進行分析，獲取拍頻信號fb的線寬；并根據(jù)第一激光器與第二激光器激光線寬之間關系，獲取第一激光器和/或第二激光器的激光線寬。例如本發(fā)明實施例在第一激光器與第二激光器為兩臺相同的未知線寬激光器時，拍頻信號fb的線寬的V 2/2倍即為第一激光器與第二激光器的激光線寬；若第一激光器的激光線寬已知且遠小于待測的第二激光器的激光線寬，例如第一激光器與第二激光器的激光線寬相差約一個量級或者以上，則拍頻信號fb的線寬即為第二激光器的激光線寬?；诒景l(fā)明上述實施例提供的激光線寬測量方法，將拍頻信號fb與頻率為&的理想信號混頻，利用可控帶寬跟隨振蕩器，獲得一定伺服帶寬(即跟隨帶寬)下線寬的拍頻信號I fb-f01，并通過混頻的方式，使兩激光的拍頻信號fb與拍頻信號I fb-f01的頻率噪聲相減抵消，使兩激光器的拍頻信號轉(zhuǎn)換為具有穩(wěn)定中心頻率fo的信號，保持了激光器線寬的準確信息，從而可以獲取待測激光器的激光線寬，解決了目前測量窄線寬、超窄線寬激光器真實激光線寬的難題，且無需通過伺服系統(tǒng)對激光器進行電路反饋，將兩臺激光器進行頻率鎖定，無需采用復雜的電路系統(tǒng)即可通過改變可變帶寬跟隨振蕩器的伺服帶寬，獲得窄線寬、超窄線寬激光器的各種設定伺服帶寬下的激光線寬。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，圖5所示實施例的104具體可以通過如下方式實現(xiàn)
通過第一混頻器對第一路混頻信號fb與頻率為&的理想信號進行混頻，得到第一混頻信號fb> fo> fb+f0與I fb-fol ;通過第一濾波器濾除第一混頻信號中的fb、fo與fb+fo，得到差頻信號 I fb_fo I。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，圖5所示實施例的106具體可以通過如下方式實現(xiàn)將第二路拍頻信號與跟隨信號&進行混頻，得到第二混頻信號fb、fo、2fb-f0與I ； 通過第二濾波器濾除第二混頻信號中的fb、2fb-f0與|&-&|，得到差頻信號&。圖6為本發(fā)明實施例激光線寬測量設備一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，該實施例的激光線寬測量設備可用于實現(xiàn)本發(fā)明上述各激光線寬測量方法實施例的流程。如圖6所示，該實施例的激光線寬測量設備包括第一激光器201、第二激光器202、合束裝置203、探測器204、功分器205、第一混頻器206、可控帶寬跟隨振蕩器207、第二混頻器208與信號分析裝置209。其中，第一激光器201輸出的第一激光與第二激光器202輸出的第二激光頻率不同。合束裝置203，用于對第一激光與第二激光進行合束。作為本發(fā)明的一個具體實施例，合束裝置203包括反射鏡與分光棱鏡，或者包括反射鏡與半透半反鏡。探測器204，用于探測接收合束后的拍頻信號fb，該拍頻信號fb為第一激光與第二激光通過合束混頻后的差頻信號。由于第一激光器201與第二激光器202相互獨立，因此拍頻信號fb的噪聲也即線寬為Afb。功分器205，用于將拍頻信號fb分為第一路拍頻信號與第二路拍頻信號。第一混頻器206，用于將第一路拍頻信號fb與頻率為&的理想信號混頻，理想信號的線寬趨近于0，可以忽略，得到第一混頻信號fb、f0, fb+L、第一拍頻信號與理想信號的差頻 目號I fb_f。I，其中差頻彳目號的線寬為Afb。可控帶寬跟隨振蕩器207，用于產(chǎn)生差頻信號I在設定跟隨帶寬下的跟隨信號ft= |fb-fj，其中的跟隨帶寬也稱為伺服帶寬。由于可控帶寬跟隨振蕩器207的線寬遠小于拍頻信號的線寬，因此跟隨信號的線寬反映出在該跟隨振蕩器帶寬響應頻率下的激光線寬，可由頻譜儀或動態(tài)信號分析儀測量得出。第二混頻器208，用于將第二路拍頻信號與跟隨信號ft混頻，得到第二混頻信號fb> 12fb-f01、I fb-f01以及中心頻率為理想信號頻率&的信號。信號分析裝置209，用于對第二混頻信號中的差頻信號&進行檢測，以獲取第一激光器和/或第二激光器的激光線寬。具體地，作為本發(fā)明的一個實施例，信號分析裝置209可以為頻譜分析儀或動態(tài)信號分析儀?；诒景l(fā)明上述實施例提供的激光線寬測量設備，將拍頻信號fb與頻率為&的理想信號混頻，利用可控帶寬跟隨振蕩器，獲得一定伺服帶寬下線寬的拍頻信號Ifb-LI，并通過混頻的方式，使拍頻信號fb與拍頻信號的頻率噪聲相減抵消，使激光拍頻信號轉(zhuǎn)換為具有穩(wěn)定中心頻率fo的信號，保持了激光器線寬的準確信息，從而可以獲取待測激光器的激光線寬，解決了目前測量窄線寬、超窄線寬激光器真實激光線寬的難題，且無需通過伺服系統(tǒng)對激光器進行電路反饋，將兩臺激光器進行頻率鎖定，無需采用復雜的電路系統(tǒng)即可通過改變可控帶寬跟隨振蕩器的伺服帶寬，獲得窄線寬、超窄線寬激光器在各種設定伺服帶寬下的線寬。如圖7所示，為圖6所示實施例中可控帶寬跟隨振蕩器一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，該實施例的可控帶寬跟隨振蕩器采用環(huán)路濾波方式，包括誤差鑒別裝置301、壓控振蕩器302與第三濾波器303。其中，端口 In為輸入端口，端口 Out為輸出端口，端口 Mon為監(jiān)視端口。作為本發(fā)明的一個具體實施例，誤差鑒別裝置301具體可以包括鑒頻鑒相器或者混頻器等，第三濾波器303具體可以為低通濾波器或帶通濾波器。壓控振蕩器302的輸出信號分為兩路，其中一路輸出信號Ifffci I輸出給誤差鑒別裝置301，誤差鑒別裝置301將壓控振蕩器302的輸出信號Iffftl I與通過輸入端口 In輸入的、作為待測信號的差頻信號進行鑒別，例如，進行鑒頻鑒相或混頻，得到誤差信 號并輸入到第三濾波器303，第三濾波器303對誤差信號進行濾波輸出后，反饋到壓控振蕩器302上。壓控振蕩器302根據(jù)誤差信號將另一路輸出信號調(diào)整為與待測信號中心頻率相同的信號作為跟隨振蕩器輸出。由于采用環(huán)路濾波方式，第三濾波器303可以控制該可控跟隨振蕩器207的響應頻率也即跟隨帶寬或者伺服帶寬，從而產(chǎn)生設定跟隨帶寬下的跟隨信號ft= I fb-fo I。實現(xiàn)輸入信號可控帶寬的跟隨輸出，得到不同帶寬下跟隨激光拍頻信號的頻率噪聲譜的信號輸出。通過信號分析裝置209對監(jiān)視端Mon輸出的信號進行監(jiān)視、分析，可以獲得設定跟蹤帶寬下激光的頻率和相位噪聲譜信息。通過控制可控帶寬跟隨振蕩器中第三濾波器的帶寬，獲得不同響應頻率下激光的線寬。這種方式與目前其它激光線寬測量方法相比，具有更好的穩(wěn)定性、可信性，同時便于分析不同頻率的噪聲對激光線寬的影響。通過監(jiān)視第三濾波器將要反饋到壓控振蕩器302上的反饋端輸出，可以獲得不同頻率下激光的頻率和相位噪聲譜。圖8為本發(fā)明實施例激光線寬測量設備另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖8所示，與圖6所示的實施例相比，該實施例中還包括第一濾波器210，用于濾除第一混頻信號中的fb> f0與fb+fo，得到差頻信號I fffol并輸入可控帶寬跟隨振蕩器207。另外，再參見圖8，作為本發(fā)明的又一個實施例，還可以包括第二濾波器211，用于濾除第二混頻信號中的4、|24-4|與Ifffci|，得到差頻信號&并輸入信號分析裝置209。在實際應用中，第一濾波器210具體可以采用低通濾波器實現(xiàn)，第二濾波器211具體可以采用帶通濾波器實現(xiàn)。進一步地，再參見圖8，作為本發(fā)明的再一個實施例，還可以包括頻率綜合器或穩(wěn)定信號源212,用于產(chǎn)生理想信號并輸入第一混頻器206。圖9為本發(fā)明實施例激光器線寬測量設備一個應用實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖9所示，該應用實施例的激光器線寬測量設備包括第一激光器201、第二激光器202、反射鏡401、分光棱鏡402、探測器204、功分器205、頻率綜合器212、第一混頻器206、第一低通濾波器210、可控帶寬跟隨振蕩器207、第二混頻器208、第二低通濾波器211、頻譜儀/動態(tài)信號分析儀209，其中，第一激光器201、第二激光器202、反射鏡401、分光棱鏡402、探測器204設置在一光學平板403上。
第一激光器201發(fā)出的第一激光經(jīng)反射鏡401反射后,通過分光棱鏡402與第二激光器202發(fā)出的第二激光進行合束。探測器204探測得到第一激光與第二激光合束后的拍頻信號fb，例如，中心頻率為400MHz的拍頻信號。該拍頻信號fb經(jīng)過功分器205后分為兩路，第一路與頻率綜合器212輸出的頻率&為320MHz的理想信號在第一混頻器206中混頻，經(jīng)過第一低通濾波器210濾波后，輸出信號送入可控帶寬跟隨振蕩器207中，該可控帶寬跟隨振蕩器207中響應頻率由其中的低通濾波器限制為低于50kHz，因此，該可控帶寬跟隨振蕩器207輸出中心頻率為80MHz、具有拍頻信號小于50kHz噪聲的窄線寬信號。該可控帶寬跟隨振蕩器207的輸出信號通過第二混頻器208與功分器205分出的另一路拍頻信號進行混頻，并經(jīng)過第二低通濾波器212濾波，得到兩信號差頻信號。將該差頻信號送入頻譜儀/動態(tài)信號分析儀209中進行測量，得到中心頻率為320MHz、噪聲頻率高于50kHz的激光線寬。其中，第一低通濾波器210與第二低通濾波器212主要用于濾除掉高于或低于載波頻率的噪聲以及二次諧波，例如第一低通濾波器210具體可以采用低通為DC(直流)到 IOOMHz的濾波器，第二低通濾波器211具體可以采用低通DC到400MHz的濾波器。第一低通濾波器、第二低通濾波器具體可根據(jù)不同的載波頻率，選擇不同的濾波器；第一低通濾波器、第二低通濾波器除了低通濾波器，還可以使用帶通濾波器等其他類型的濾波器。本發(fā)明實施例解決了目前測量窄線寬、超窄線寬激光器真實激光線寬的難題，且無需通過伺服系統(tǒng)對激光器進行電路反饋，將兩臺激光器進行頻率鎖定，無需采用復雜的電路系統(tǒng)即可獲得窄線寬、超窄線寬激光器的真實激光線寬。本發(fā)明的描述是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發(fā)明限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領域的普通技術人員而言是顯然的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實際應用，并且使本領域的普通技術人員能夠理解本發(fā)明從而設計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。
權(quán)利要求
1.一種激光線寬測量方法，其特征在于，包括 將第一激光器輸出的第一激光與第二激光器輸出的第二激光進行合束，所述第一激光與所述第二激光頻率不同且相位不相關； 探測接收合束后的拍頻信號fb，所述拍頻信號fb為第一激光與第二激光通過合束混頻后的差頻信號； 將所述拍頻信號fb分為第一路拍頻信號與第二路拍頻信號； 將第一路拍頻信號fb與頻率為fo的理想信號混頻，得到第一拍頻信號與所述理想信號的差頻/[目號； 通過可控帶寬跟隨振蕩器，產(chǎn)生差頻信號I在跟隨振蕩器的設定跟隨帶寬下的跟隨信號ft = fb-f0 ; 將第二路拍頻信號與跟隨信號ft混頻，輸出拍頻信號與跟隨信號ft的差頻信號fo ; 對差頻信號fo進行分析，獲取第一激光器和/或第二激光器的激光線寬。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，將第一路混頻信號fb與頻率為&的理想信號混頻，得到第一拍頻信號與所述理想信號的差頻信號包括 通過第一混頻器對第一路混頻信號fb與頻率為&的理想信號進行混頻，得到第一混頻信號 fb、fQ、fb+fQ 與 |fb-fQl ； 通過第一濾波器濾除第一混頻信號中的fb、fo與fb+fo，得到差頻信號I fb-foU
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，將第二路拍頻信號與跟隨信號ft混頻，輸出拍頻信號與跟隨信號ft的差頻信號fo包括 將第二路拍頻信號與跟隨信號&進行混頻，得到第二混頻信號fb、fo> 2fb-f0與fb-fo ； 通過第二濾波器濾除第二混頻信號中的fb、2fb-f0與Ifb-L|，得到差頻信號
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，對差頻信號&進行檢測，獲取第一激光器和/或第二激光器的激光線寬包括 對差頻信號&進行分析，獲取拍頻信號fb的線寬； 根據(jù)第一激光器與第二激光器激光線寬之間關系，獲取第一激光器和/或第二激光器的激光線寬。
5.—種激光線寬測量設備,其特征在于,包括第一激光器、第二激光器、合束裝置、探測器、功分器、第一混頻器、可控帶寬跟隨振蕩器、第二混頻器與信號分析裝置，第一激光器輸出的第一激光與第二激光器輸出的第二激光頻率不同且相位不相關； 所述合束裝置，用于對第一激光與第二激光進行合束； 所述探測器，用于探測接收合束后的拍頻信號fb，所述拍頻信號fb為第一激光與第二激光通過合束混頻后的差頻信號； 所述功分器，用于將所述拍頻信號fb分為第一路拍頻信號與第二路拍頻信號； 所述第一混頻器，用于將第一路拍頻信號fb與頻率為&的理想信號混頻，得到第一混頻信號4、&、4+&、第一拍頻信號與所述理想信號的差頻信號Ifb-fcJ ； 所述可控帶寬跟隨振蕩器，用于產(chǎn)生差頻信號I在設定跟隨帶寬下的跟隨信號ft = fb-f0 ; 所述第二混頻器，用于將第二路拍頻信號與跟隨信號ft混頻，得到第二混頻信號fb、f0、|2fb-f0| 與 |fb-f0| ； 所述信號分析裝置，用于對第二混頻信號中的差頻信號fo進行檢測，以獲取第一激光器和/或第二激光器的激光線寬。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設備，其特征在于，所述信號分析裝置為頻譜分析儀或動態(tài)信號分析儀。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設備，其特征在于，所述可控帶寬跟隨振蕩器采用環(huán)路濾波方式，包括壓控振蕩器、誤差鑒別裝置與第三濾波器； 所述壓控振蕩器的輸出信號分為兩路，其中一路輸出信號IfffciI輸出給誤差鑒別裝置；誤差鑒別裝置將壓控振蕩器的輸出信號與作為待測信號的差頻信號進行鑒別得到誤差信號并輸入到第三濾波器；所述第三濾波器對誤差信號進行濾波輸出后反饋到所述壓控振蕩器；所述壓控振蕩器根據(jù)所述誤差信號將另一路輸出信號調(diào)整為與待測信號中心頻率相同的信號作為跟隨振蕩器輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光線寬測量設備，其特征在于，所述誤差鑒別裝置包括鑒頻鑒相器或者混頻器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光線寬測量設備，其特征在于，所述第三濾波器為低通濾波器或帶通濾波器。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光線寬測量設備，其特征在于，所述信號分析裝置還用于對所述第三濾波器濾波輸出的信號進行分析，獲得設定跟隨帶寬下的激光頻率和相位噪聲譜信息。
11.根據(jù)權(quán)利要求5至10任意一項所述的設備，其特征在于，所述合束裝置包括反射鏡與分光棱鏡，或者包括反射鏡與半透半反鏡。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設備，其特征在于，還包括 第一濾波器，用于濾除第一混頻信號中的fb、fo與fb+f。，得到所述差頻信號|fb_fQl并輸入所述可控帶寬跟隨振蕩器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設備，其特征在于，還包括 第二濾波器，用于濾除第二混頻信號中的fppfb-fj與Ifb-L|，得到所述差頻信號&并輸入所述信號分析裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設備，其特征在于，還包括 頻率綜合器或穩(wěn)定信號源，用于產(chǎn)生所述理想信號&并輸入所述第一混頻器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激光線寬測量方法和設備，方法包括將第一激光器輸出的第一激光與第二激光器輸出的第二激光進行合束；將合束后的拍頻信號fb分為第一路拍頻信號與第二路拍頻信號；將第一路拍頻信號fb與頻率為f0的理想信號混頻，得到差頻信號|fb-f0|；通過可控帶寬跟隨振蕩器，產(chǎn)生差頻信號|fb-f0|在跟隨振蕩器的設定跟隨帶寬下的跟隨信號ft＝|fb-f0|；將第二路拍頻信號與跟隨信號ft混頻，輸出差頻信號f0；對差頻信號f0進行分析，獲取第一激光器和/或第二激光器的激光線寬。本發(fā)明通過相對簡單的電路，通過改變可變帶寬跟隨振蕩器的伺服帶寬，可以測量窄線寬激光器及超窄線寬激光器在一定帶寬下的激光線寬。
文檔編號G01M11/02GK102901616SQ201110213099
公開日2013年1月30日 申請日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月28日
發(fā)明者臧二軍, 趙陽, 曹建平, 李燁, 方占軍 申請人:中國計量科學研究院