基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量系統(tǒng)及其測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量系統(tǒng)，思路為：激光器用于獲取激光信號s(t)，光功率分束器激光信號s(t)轉(zhuǎn)化為兩路激光信號，得到參考光信號0.5s(t)和測量光信號0.5s(t)；延時(shí)光纖對測量光信號0.5s(t)進(jìn)行相位偏移，得到相位偏移后的測量光信號s1(t)，光學(xué)耦合器對s1(t)和參考光信號0.5s(t)進(jìn)行耦合，得到合路激光信號sc(t)，光電探測器對sc(t)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到合路電信號Id(t)，放大器放大Id(t)，得到放大后的合路電信號Vd(t)，低通濾波器對Vd(t)進(jìn)行低通濾波，得到低通濾波后的合路電信號Vf(t)，壓流轉(zhuǎn)換器包含設(shè)定的預(yù)置電信號Vpre(t)，將Vf(t)和Vpre(t)相加后進(jìn)行電壓到電流的轉(zhuǎn)換，得到電流信號，并將所述電流信號作為激光器的工作電流發(fā)送至激光器，獲得激光信號s(t)的相位噪聲，進(jìn)而計(jì)算激光信號s(t)的相位噪聲功率譜的3dB線寬。
【專利說明】
基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量系統(tǒng)及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測 量系統(tǒng)及其測量方法，適用于光電閉環(huán)反饋機(jī)制的設(shè)計(jì)，以及實(shí)現(xiàn)窄線寬激光器的線寬測 量。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，基于激光器的通信研究已經(jīng)成為一個(gè)熱門領(lǐng)域，其中窄線寬光纖激光器 因其線寬窄、噪聲低、抗電磁干擾、安全和可遠(yuǎn)程控制等特性，廣泛應(yīng)用于光纖通信、光纖傳 感、材料技術(shù)等領(lǐng)域。
[0003] 早期分布式反饋激光器(DFB)和分布式布拉格反射(DBR)激光器地線寬均在10MHZ 量級，采用外腔技術(shù)大大壓窄光譜線寬后，激光器線寬能夠達(dá)到甚至低于千赫茲量級;對于 傳統(tǒng)光源，一般采用光譜分析儀進(jìn)行譜線分析，光譜分析儀采用掃描衍射光柵作為選頻濾 波器，其波長掃描范圍寬、動態(tài)范圍大，但波長分辨率僅限制在十幾皮米(大于1GHZ)，因此 用光譜分析儀對千赫茲量級的窄線寬光纖激光器進(jìn)行分析是很困難的。
[0004] 常用的兩種測量線寬的方法是雙光束外差法和延時(shí)自外差法，雙光束外差法需要 兩個(gè)激光器并且需要使用聲光調(diào)制器，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)復(fù)雜;延時(shí)自外差法只需要一個(gè)光源，測試 環(huán)境簡單，具有更好的穩(wěn)定性，但是隨著激光線寬越來越窄，延時(shí)需要使用的光纖造成激光 器所在系統(tǒng)體積大、使用不便且成本較大，而且隨著光纖長度的增加，激光器所在系統(tǒng)的光 路又會產(chǎn)生新的問題，如光路引入損耗、偏振等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種基于光電反饋的短延 時(shí)激光器線寬測量系統(tǒng)及其測量方法，其中基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量系統(tǒng)基 于光電反饋的短延時(shí)快速激光器和閉環(huán)反饋，所述光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量方法 基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在短光纖延時(shí)條件下快速完成窄線 寬激光器的線寬測量。
[0006] 為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0007] 技術(shù)方案一：
[0008] -種基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量系統(tǒng)，包括:激光器、光功率分束器、 延時(shí)光纖、光學(xué)耦合器、光電探測器、放大器、低通濾波器和壓流轉(zhuǎn)換器；
[0009] 激光器包含激光輸入端和激光輸出端，光功率分束器包含第一光束輸出端、第二 光束輸出端和光束輸入端，延時(shí)光纖包含延時(shí)輸入端和延時(shí)輸出端，光學(xué)親合器包含第一 光親合輸入端、第二光親合輸入端和光親合輸出端，光電探測器包含光電信號輸入端和光 電信號輸出端，放大器包含傳輸信號輸入端和傳輸信號輸出端，低通濾波器包含低通濾波 輸入端和低通濾波輸出端，壓流轉(zhuǎn)換器包含壓流輸入端和壓流輸出端；
[0010] 激光器的激光輸出端連接光功率分束器的光束輸入端，光功率分束器的第一光束 輸出端連接延時(shí)光纖的延時(shí)輸入端，光功率分束器的第二光束輸出端連接光學(xué)耦合器的第 二光親合輸入端，延時(shí)光纖的延時(shí)輸出端連接光學(xué)親合器的第一光親合輸入端，光學(xué)親合 器的光親合輸出端連接光電探測器的光電信號輸入端，光電探測器的光電信號輸出端連接 放大器的傳輸信號輸入端，放大器的傳輸信號輸出端連接低通濾波器的低通濾波輸入端， 低通濾波器的低通濾波輸出端連接壓流轉(zhuǎn)換器的壓流輸入端，壓流轉(zhuǎn)換器的壓流輸出端連 接激光器的激光輸入端；
[0011] 所述激光器用于獲取激光信號S(t)，并將激光信號s(t)發(fā)送至光功率分束器；
[0012] 所述光功率分束器用于接收激光器發(fā)送過來的激光信號s(t)，并將所述激光信號 s(t)轉(zhuǎn)化為兩路激光信號，且將其中一路激光信號作為參考光信號，另一路激光信號作為 測量光信號，所述兩路激光信號分別為〇.5s(t)，然后將參考光信號0.5s(t)發(fā)送至光學(xué)耦 合器，將測量光信號〇. 5s (t)發(fā)送至延時(shí)光纖；
[0013] 所述延時(shí)光纖用于接收光功率分束器發(fā)送過來的測量光信號0.5s(t)，并對所述 測量光信號〇.5s(t)進(jìn)行相位偏移，得到相位偏移后的測量光信號sl(t)，然后將所述相位 偏移后的測量光信號sl(t)發(fā)送至光學(xué)耦合器；
[0014] 所述光學(xué)耦合器分別用于接收延時(shí)光纖發(fā)送過來的相位偏移后的測量光信號si (t)，和光功率分束器發(fā)送過來的參考光信號0.5s(t)，并對所述相位偏移后的測量光信號 sl(t)和所述參考光信號0.5s(t)進(jìn)行耦合，得到合路激光信號sc(t)，然后將所述合路激光 信號sc(t)發(fā)送至光電探測器；
[0015] 所述光電探測器用于接收光學(xué)耦合器發(fā)送過來的合路激光信號sc(t)，并對所述 合路激光信號sc(t)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到合路電信號Id(t)，然后將所述合路電信號Id(t)發(fā) 送至放大器；
[0016] 所述放大器用于接收并放大光電探測器發(fā)送過來的合路電信號Id(t)，得到放大 后的合路電信號Vd(t)，然后將所述放大后的合路電信號Vd(t)發(fā)送至低通濾波器；
[0017] 所述低通濾波器用于接收放大器發(fā)送過來的放大后的合路電信號Vd(t)，并對所 述放大后的合路電信號Vd(t)進(jìn)行低通濾波，得到低通濾波后的合路電信號Vf(t)，然后將 所述低通濾波后的合路電信號Vf(t)發(fā)送至壓流轉(zhuǎn)換器；
[0018] 所述壓流轉(zhuǎn)換器用于接收低通濾波器發(fā)送過來的低通濾波后的合路電信號Vf (t)，并且所述壓流轉(zhuǎn)換器包含設(shè)定的預(yù)置電信號Vpre(t)，然后將所述低通濾波后的合路 電信號Vf(t)和所述設(shè)定的預(yù)置電信號Vpre(t)相加后進(jìn)行電壓到電流的轉(zhuǎn)換，得到電流信 號，并將所述電流信號作為激光器的工作電流發(fā)送至激光器，獲得激光信號s(t)的相位噪 聲，并計(jì)算激光信號s(t)的相位噪聲功率譜的3dB線寬。
[0019] 技術(shù)方案二：
[0020] -種基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量方法，應(yīng)用于一種基于光電反饋的短 延時(shí)激光器線寬測量系統(tǒng)，所述基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量系統(tǒng)包括:激光器、 光功率分束器、延時(shí)光纖、光學(xué)耦合器、光電探測器、放大器、低通濾波器和壓流轉(zhuǎn)換器，所 述基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量方法，包括以下步驟：
[0021] 步驟1，所述激光器獲取激光信號s(t)，并將激光信號s(t)發(fā)送至光功率分束器；
[0022] 所述光功率分束器接收激光器發(fā)送過來的激光信號s(t)，并將所述激光信號s(t) 轉(zhuǎn)化為兩路激光信號，且將其中一路激光信號作為參考光信號，另一路激光信號作為測量 光信號，所述兩路激光信號分別為〇.5s(t)，然后將參考光信號0.5s(t)發(fā)送至光學(xué)親合器， 將測量光信號〇. 5s (t)發(fā)送至延時(shí)光纖；
[0023] 所述延時(shí)光纖接收光功率分束器發(fā)送過來的測量光信號0.5s(t)，并對所述測量 光信號0.5s(t)進(jìn)行相位偏移，得到相位偏移后的測量光信號sl(t)，然后將所述相位偏移 后的測量光信號sl(t)發(fā)送至光學(xué)耦合器；
[0024] 步驟2,所述光學(xué)耦合器分別接收延時(shí)光纖發(fā)送過來的相位偏移后的測量光信號 si(t)，和光功率分束器發(fā)送過來的參考光信號0.5s(t)，并對所述相位偏移后的測量光信 號sl(t)和所述參考光信號0.5s(t)進(jìn)行耦合，得到合路激光信號sc(t)，然后將所述合路激 光信號sc(t)發(fā)送至光電探測器；
[0025] 步驟3,所述光電探測器接收光學(xué)耦合器發(fā)送過來的合路激光信號sc(t)，并對所 述合路激光信號sc(t)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到合路電信號Id(t)，然后將所述合路電信號Id(t) 發(fā)送至放大器；
[0026] 步驟4,所述放大器接收并放大光電探測器發(fā)送過來的合路電信號Id(t)，得到放 大后的合路電信號Vd(t)，然后將所述放大后的合路電信號Vd(t)發(fā)送至低通濾波器；
[0027] 步驟5,所述低通濾波器接收放大器發(fā)送過來的放大后的合路電信號Vd(t)，并對 所述放大后的合路電信號Vd(t)進(jìn)行低通濾波，得到低通濾波后的合路電信號Vf(t)，然后 將所述低通濾波后的合路電信號Vf(t)發(fā)送至壓流轉(zhuǎn)換器；
[0028] 所述壓流轉(zhuǎn)換器接收低通濾波器發(fā)送過來的低通濾波后的合路電信號Vf(t)，并 且所述壓流轉(zhuǎn)換器包含設(shè)定的預(yù)置電信號Vpre(t)，然后將所述低通濾波后的合路電信號 Vf(t)和所述設(shè)定的預(yù)置電信號Vpre(t)相加后進(jìn)行電壓到電流的轉(zhuǎn)換，得到電流信號，并 將所述電流信號作為激光器的工作電流發(fā)送至激光器，獲得激光信號s(t)的相位噪聲 Δρ(?,〇 ;其中，t為時(shí)間變量，τ為延遲量；
[0029] 步驟6,對獲得激光信號s(t)的相位噪聲進(jìn)行功率譜估計(jì)，得到激光信號s (t)的相位噪聲功率譜的3dB線寬;其中，t為時(shí)間變量，τ為延遲量。
[0030] 本發(fā)明的有益效果：
[0031 ]本發(fā)明系統(tǒng)基于延時(shí)自外差法，其優(yōu)勢在于通過引入光電閉環(huán)反饋能夠?qū)崿F(xiàn)在短 光纖延時(shí)條件下快速完成窄線寬激光器的線寬測量，基于延時(shí)自外差法進(jìn)行了改進(jìn)，并通 過引入負(fù)反饋機(jī)制;本發(fā)明方法特征在于引入光電閉環(huán)反饋系統(tǒng)，其中引入的光電閉環(huán)反 饋能夠自動調(diào)節(jié)激光器的驅(qū)動電流，調(diào)整激光器的輸出頻率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在較短光纖延時(shí)的 條件下快速完成窄線寬激光器的線寬測量。
【附圖說明】
[0032]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0033] 圖1是本發(fā)明的一種基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量系統(tǒng)框圖；
[0034] 圖2是激光器輸出頻率隨驅(qū)動電流的變化示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 參照圖1，為本發(fā)明的一種基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量系統(tǒng)框圖，所述 基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量系統(tǒng)，包括:激光器、光功率分束器、延時(shí)光纖、光學(xué) 耦合器、光電探測器、放大器、低通濾波器和壓流轉(zhuǎn)換器；
[0036] 激光器包含激光輸入端和激光輸出端，光功率分束器包含第一光束輸出端、第二 光束輸出端和光束輸入端，延時(shí)光纖包含延時(shí)輸入端和延時(shí)輸出端，光學(xué)親合器包含第一 光親合輸入端、第二光親合輸入端和光親合輸出端，光電探測器包含光電信號輸入端和光 電信號輸出端，放大器包含傳輸信號輸入端和傳輸信號輸出端，低通濾波器包含低通濾波 輸入端和低通濾波輸出端，壓流轉(zhuǎn)換器包含壓流輸入端和壓流輸出端；
[0037] 激光器的激光輸出端連接光功率分束器的光束輸入端，光功率分束器的第一光束 輸出端連接延時(shí)光纖的延時(shí)輸入端，光功率分束器的第二光束輸出端連接光學(xué)耦合器的第 二光親合輸入端，延時(shí)光纖的延時(shí)輸出端連接光學(xué)親合器的第一光親合輸入端，光學(xué)親合 器的光親合輸出端連接光電探測器的光電信號輸入端，光電探測器的光電信號輸出端連接 放大器的傳輸信號輸入端，放大器的傳輸信號輸出端連接低通濾波器的低通濾波輸入端， 低通濾波器的低通濾波輸出端連接壓流轉(zhuǎn)換器的壓流輸入端，壓流轉(zhuǎn)換器的壓流輸出端連 接激光器的激光輸入端；
[0038] 所述激光器用于獲取激光信號s(t)，并將激光信號s(t)發(fā)送至光功率分束器；
[0039] 所述光功率分束器用于接收激光器發(fā)送過來的激光信號s(t)，并將所述激光信號 s(t)轉(zhuǎn)化為兩路激光信號，且將其中一路激光信號作為參考光信號，另一路激光信號作為 測量光信號，所述兩路激光信號分別為〇.5s(t)，然后將參考光信號0.5s(t)發(fā)送至光學(xué)耦 合器，將測量光信號〇. 5s (t)發(fā)送至延時(shí)光纖；
[0040] 所述延時(shí)光纖用于接收光功率分束器發(fā)送過來的測量光信號0.5s(t)，并對所述 測量光信號〇.5s(t)進(jìn)行相位偏移，得到相位偏移后的測量光信號sl(t)，然后將所述相位 偏移后的測量光信號sl(t)發(fā)送至光學(xué)耦合器；
[0041] 所述光學(xué)耦合器分別用于接收延時(shí)光纖發(fā)送過來的相位偏移后的測量光信號Si (t)，和光功率分束器發(fā)送過來的參考光信號0.5s(t)，并對所述相位偏移后的測量光信號 sl(t)和所述參考光信號0.5s(t)進(jìn)行耦合，得到合路激光信號sc(t)，然后將所述合路激光 信號sc(t)發(fā)送至光電探測器；
[0042] 所述光電探測器用于接收光學(xué)耦合器發(fā)送過來的合路激光信號sc(t)，并對所述 合路激光信號sc(t)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到合路電信號Id(t)，然后將所述合路電信號Id(t)發(fā) 送至放大器；
[0043] 所述放大器用于接收并放大光電探測器發(fā)送過來的合路電信號Id(t)，得到放大 后的合路電信號Vd(t)，然后將所述放大后的合路電信號Vd(t)發(fā)送至低通濾波器；
[0044] 所述低通濾波器用于接收放大器發(fā)送過來的放大后的合路電信號Vd(t)，并對所 述放大后的合路電信號Vd(t)進(jìn)行低通濾波，得到低通濾波后的合路電信號Vf(t)，然后將 所述低通濾波后的合路電信號Vf(t)發(fā)送至壓流轉(zhuǎn)換器；
[0045] 所述壓流轉(zhuǎn)換器用于接收低通濾波器發(fā)送過來的低通濾波后的合路電信號Vf (t)，并且所述壓流轉(zhuǎn)換器包含設(shè)定的預(yù)置電信號Vpre(t)，然后將所述低通濾波后的合路 電信號Vf(t)和所述設(shè)定的預(yù)置電信號Vpre(t)相加后進(jìn)行電壓到電流的轉(zhuǎn)換，得到電流信 號，并將所述電流信號作為激光器的工作電流發(fā)送至激光器，獲得激光信號s(t)的相位噪 聲，并計(jì)算激光信號s(t)的相位噪聲功率譜的3dB線寬。
[0046] -種基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量方法，應(yīng)用于一種基于光電反饋的短 延時(shí)激光器線寬測量系統(tǒng)，所述基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量系統(tǒng)包括:激光器、 光功率分束器、延時(shí)光纖、光學(xué)耦合器、光電探測器、放大器、低通濾波器和壓流轉(zhuǎn)換器，所 述基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量方法，包括以下步驟：
[0047] 步驟1，所述激光器獲取激光信號s(t)，并將激光信號s(t)發(fā)送至光功率分束器；
[0048] 所述光功率分束器接收激光器發(fā)送過來的激光信號s(t)，并將所述激光信號s(t) 轉(zhuǎn)化為兩路激光信號，且將其中一路激光信號作為參考光信號，另一路激光信號作為測量 光信號，所述兩路激光信號分別為〇.5s(t)，然后將參考光信號0.5s(t)發(fā)送至光學(xué)親合器， 將測量光信號〇. 5s (t)發(fā)送至延時(shí)光纖；
[0049] 所述延時(shí)光纖接收光功率分束器發(fā)送過來的測量光信號0.5s(t)，并對所述測量 光信號0.5s(t)進(jìn)行相位偏移，得到相位偏移后的測量光信號sl(t)，然后將所述相位偏移 后的測量光信號sl(t)發(fā)送至光學(xué)耦合器。
[0050] 具體地，所述激光器為分布式反饋(DFB)激光器，使用DFB激光器工作范圍內(nèi)的恒 定電流驅(qū)動DFB激光器，得到激光信號s(t)，其表達(dá)式為：
[0051] s(t) =Acos(2jrf〇t+ Φ (t)) (1)
[0052] 其中，A為激光信號s(t)的幅度，fo為激光信號s(t)的中心頻率，Φ(〇為激光信號 s (t)的初始相位，t為時(shí)間變量。
[0053] 所述光功率分束器為1分2光分束器，所述相位偏移后的測量光信號s 1 (t )，其表達(dá) 式為：
[0054] sl(t)=A cos(23rf〇(t-x)+φ (t-τ)) (2)
[0055] 其中，A為激光信號s(t)的幅度，fo為激光信號s(t)的中心頻率，Φ(〇為激光信號 s (t)的初始相位，t為時(shí)間變量，τ為延遲量。
[0056] 將參考光信號0.5s(t)表示為s2(t)，其表達(dá)式為：
[0057] s2(t)=A cos(2jrf〇t+Φ (t)) (3)
[0058] 步驟2,所述光學(xué)耦合器分別接收延時(shí)光纖發(fā)送過來的相位偏移后的測量光信號 si(t)，和光功率分束器發(fā)送過來的參考光信號0.5s(t)，并對所述相位偏移后的測量光信 號sl(t)和所述參考光信號0.5s(t)進(jìn)行耦合，得到合路激光信號sc(t)，然后將所述合路激 光信號sc(t)發(fā)送至光電探測器。
[0059] 具體地，所述光電耦合器為2X2耦合器，并且所述合路激光信號sc(t)，其表達(dá)式 為：
[0060] sc(t) =sl(t)+s2(t) (4)
[0061] 步驟3,所述光電探測器接收光學(xué)耦合器發(fā)送過來的合路激光信號sc(t)，并對所 述合路激光信號sc(t)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到合路電信號Id(t)，然后將所述合路電信號Id(t) 發(fā)送至放大器。
[0062] 具體地，所述合路電信號Id(t)，其表達(dá)式為：
[0064] 其中，Kd為光電探測器的探測效率，A為激光信號s⑴的幅度，fo為激光信號s(t)的中心 頻率，φ⑴為激光信號s(t)的初始相位，t為時(shí)間變量，τ為延遲量，si⑴為相位偏移后的測量光 信號，s 2 (t)為參考光信號0.5 s (t);由于式(5)中的和頻項(xiàng)IA2_ cos(2；r/"i+列/押私(? 7)+辦z - r)) 的頻率太高，超出了光電探測器的響應(yīng)頻率范圍，所以在得到合路電信號Id(t)的推導(dǎo)中忽 略和頻項(xiàng)，且在實(shí)際應(yīng)用中，（5)式中第一項(xiàng)和第二項(xiàng)是常數(shù)項(xiàng)，對光電探測器的探測結(jié)果 無作用，可以濾除。
[0065] 步驟4,所述放大器接收并放大光電探測器發(fā)送過來的合路電信號Id(t)，得到放 大后的合路電信號Vd(t)，然后將所述放大后的合路電信號Vd(t)發(fā)送至低通濾波器。
[0066]具體地，所述放大后的合路電信號Vd(t)，其表達(dá)式為：
[0068] 其中，Δ_Χ，.7):為激光信號s⑴的相位噪聲，=:_挪).-供《l:，Kd為光電 探測器的探測效率，A為激光信號s(t)的幅度，fo為激光信號s(t)的中心頻率，Φ (t)為激光 信號s( t)的初始相位，t為時(shí)間變量，τ為延遲量，K = KdR，R為設(shè)定的壓流轉(zhuǎn)換比例；為了提 高檢測后的信噪比，采用外差平衡探測的方法得到放大后的合路電信號Vd(t)，所述外差平 衡探測的方法能夠消除共同噪聲。
[0069] 步驟5,所述低通濾波器接收放大器發(fā)送過來的放大后的合路電信號Vd(t)，并對 所述放大后的合路電信號Vd(t)進(jìn)行低通濾波，得到低通濾波后的合路電信號Vf(t)，然后 將所述低通濾波后的合路電信號Vf(t)發(fā)送至壓流轉(zhuǎn)換器；
[0070] 所述壓流轉(zhuǎn)換器用于接收低通濾波器發(fā)送過來的低通濾波后的合路電信號Vf (t)，并且所述壓流轉(zhuǎn)換器包含設(shè)定的預(yù)置電信號Vpre(t)，然后將所述低通濾波后的合路 電信號Vf(t)和所述設(shè)定的預(yù)置電信號Vpre(t)相加后進(jìn)行電壓到電流的轉(zhuǎn)換，得到電流信 號，并將所述電流信號作為激光器的工作電流發(fā)送至激光器，獲得激光信號s(t)的相位噪 聲Δ糾Λ T);其中，t為時(shí)間變量，τ為延遲量。
[0071] 具體地，所述低通濾波器用于接收放大器發(fā)送過來的放大后的合路電信號Vd(t)， 并對所述放大后的合路電信號Vd(t)進(jìn)行低通濾波進(jìn)而濾掉噪聲部分后，得到低通濾波后 的合路電信號Vf(t)。
[0072] 所述壓流轉(zhuǎn)換器用于接收低通濾波器發(fā)送過來的低通濾波后的合路電信號Vf (t)，并且所述壓流轉(zhuǎn)換器包含設(shè)定的預(yù)置電信號Vpre(t)，然后將所述低通濾波后的合路 電信號Vf(t)和所述設(shè)定的預(yù)置電信號Vpre(t)相加后進(jìn)行電壓到電流的轉(zhuǎn)換，得到電流信 號，并將所述電流信號作為激光器的驅(qū)動電流。
[0073] 參照圖2,為激光器輸出頻率隨驅(qū)動電流的變化示意圖；所述驅(qū)動電流能夠自動鎖 定參考光和測量光兩路之間的相位差，使的C〇S23if QT = 〇,即激光器產(chǎn)生的中心頻率為滿足
條件的特定值，進(jìn)而得到所述放大后的合路電信號Vd(t)的優(yōu)化形式Vd(t)， v(/⑴=夂/?2△州，通過對放大后的合路電信號Vd(t)的優(yōu)化形式vd(t)進(jìn)行測量就能夠獲 得激光信號s (t)的相位噪聲Δ舛?, 其中，t為時(shí)間變量，τ為延遲量。
[0074] 步驟6,對激光信號s(t)的相位噪聲進(jìn)行功率譜估計(jì)，得到激光信號s(t) 的相位噪聲功率譜的3dB線寬;其中，t為時(shí)間變量，τ為延遲量。
[0075] 具體地，根據(jù)激光信號s(t)的相位噪聲Δρ(/,Γ)，計(jì)算得到激光信號s(t)的相位噪 聲的功率譜ΑΜ?)，Δ舛幼=_[進(jìn)而獲得激光信號 s(t)的相位噪聲功率譜 的3dB線寬;其中，ω為激光信號s(t)的相位噪聲的功率譜角頻率。
[0076] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍；這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量系統(tǒng)，其特征在于，包括:激光器、光功 率分束器、延時(shí)光纖、光學(xué)禪合器、光電探測器、放大器、低通濾波器和壓流轉(zhuǎn)換器； 激光器包含激光輸入端和激光輸出端，光功率分束器包含第一光束輸出端、第二光束 輸出端和光束輸入端，延時(shí)光纖包含延時(shí)輸入端和延時(shí)輸出端，光學(xué)禪合器包含第一光禪 合輸入端、第二光禪合輸入端和光禪合輸出端，光電探測器包含光電信號輸入端和光電信 號輸出端，放大器包含傳輸信號輸入端和傳輸信號輸出端，低通濾波器包含低通濾波輸入 端和低通濾波輸出端，壓流轉(zhuǎn)換器包含壓流輸入端和壓流輸出端； 激光器的激光輸出端連接光功率分束器的光束輸入端，光功率分束器的第一光束輸出 端連接延時(shí)光纖的延時(shí)輸入端，光功率分束器的第二光束輸出端連接光學(xué)禪合器的第二光 禪合輸入端，延時(shí)光纖的延時(shí)輸出端連接光學(xué)禪合器的第一光禪合輸入端，光學(xué)禪合器的 光禪合輸出端連接光電探測器的光電信號輸入端，光電探測器的光電信號輸出端連接放大 器的傳輸信號輸入端，放大器的傳輸信號輸出端連接低通濾波器的低通濾波輸入端，低通 濾波器的低通濾波輸出端連接壓流轉(zhuǎn)換器的壓流輸入端，壓流轉(zhuǎn)換器的壓流輸出端連接激 光器的激光輸入端； 所述激光器用于獲取激光信號S(t)，并將激光信號s(t)發(fā)送至光功率分束器； 所述光功率分束器用于接收激光器發(fā)送過來的激光信號S(t)，并將所述激光信號s(t) 轉(zhuǎn)化為兩路激光信號，且將其中一路激光信號作為參考光信號，另一路激光信號作為測量 光信號，所述兩路激光信號分別為〇.5s(t)，然后將參考光信號0.5s(t)發(fā)送至光學(xué)禪合器， 將測量光信號0.5s (t)發(fā)送至延時(shí)光纖； 所述延時(shí)光纖用于接收光功率分束器發(fā)送過來的測量光信號〇.5s(t)，并對所述測量 光信號0.5s(t)進(jìn)行相位偏移，得到相位偏移后的測量光信號sl(t)，然后將所述相位偏移 后的測量光信號sl(t)發(fā)送至光學(xué)禪合器； 所述光學(xué)禪合器分別用于接收延時(shí)光纖發(fā)送過來的相位偏移后的測量光信號sl(t)， 和光功率分束器發(fā)送過來的參考光信號〇.5s(t)，并對所述相位偏移后的測量光信號sl(t) 和所述參考光信號〇.5s(t)進(jìn)行禪合，得到合路激光信號sc(t)，然后將所述合路激光信號 sc(t)發(fā)送至光電探測器； 所述光電探測器用于接收光學(xué)禪合器發(fā)送過來的合路激光信號sc(t)，并對所述合路 激光信號sc(t)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到合路電信號Id(t)，然后將所述合路電信號Id(t)發(fā)送至 放大器； 所述放大器用于接收并放大光電探測器發(fā)送過來的合路電信號Id(t)，得到放大后的 合路電信號Vd(t)，然后將所述放大后的合路電信號Vd(t)發(fā)送至低通濾波器； 所述低通濾波器用于接收放大器發(fā)送過來的放大后的合路電信號Vd(t)，并對所述放 大后的合路電信號Vd(t)進(jìn)行低通濾波，得到低通濾波后的合路電信號Vf(t)，然后將所述 低通濾波后的合路電信號Vf(t)發(fā)送至壓流轉(zhuǎn)換器； 所述壓流轉(zhuǎn)換器用于接收低通濾波器發(fā)送過來的低通濾波后的合路電信號Vf(t)，并 且所述壓流轉(zhuǎn)換器包含設(shè)定的預(yù)置電信號化re(t)，然后將所述低通濾波后的合路電信號 Vf(t)和所述設(shè)定的預(yù)置電信號Vpre(t)相加后進(jìn)行電壓到電流的轉(zhuǎn)換，得到電流信 號，并將所述電流信號作為激光器的工作電流發(fā)送至激光器，獲得激光信號s(t)的相位噪 聲，并計(jì)算激光信號s(t)的相位噪聲功率譜的3地線寬。2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量系統(tǒng)，其特征在于， 所述激光器為分布式反饋激光器，所述光功率分束器為1分2光分束器，所述光電禪合器為2 X 2禪合器。3. -種基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量方法，應(yīng)用于一種基于光電反饋的短延 時(shí)激光器線寬測量系統(tǒng)，所述基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量系統(tǒng)包括:激光器、光 功率分束器、延時(shí)光纖、光學(xué)禪合器、光電探測器、放大器、低通濾波器和壓流轉(zhuǎn)換器，所述 基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量方法，其特征在于，包括W下步驟： 步驟1，所述激光器獲取激光信號s(t)，并將激光信號s(t)發(fā)送至光功率分束器； 所述光功率分束器接收激光器發(fā)送過來的激光信號s(t)，并將所述激光信號s(t)轉(zhuǎn)化 為兩路激光信號，且將其中一路激光信號作為參考光信號，另一路激光信號作為測量光信 號，所述兩路激光信號分別為〇.5s(t)，然后將參考光信號0.5s(t)發(fā)送至光學(xué)禪合器，將測 量光信號0.5s( t)發(fā)送至延時(shí)光纖； 所述延時(shí)光纖接收光功率分束器發(fā)送過來的測量光信號〇.5s(t)，并對所述測量光信 號〇.5s(t)進(jìn)行相位偏移，得到相位偏移后的測量光信號sl(t)，然后將所述相位偏移后的 測量光信號sl(t)發(fā)送至光學(xué)禪合器； 步驟2,所述光學(xué)禪合器分別接收延時(shí)光纖發(fā)送過來的相位偏移后的測量光信號si (t)，和光功率分束器發(fā)送過來的參考光信號0.5s(t)，并對所述相位偏移后的測量光信號 sl(t)和所述參考光信號0.5s(t)進(jìn)行禪合，得到合路激光信號sc(t)，然后將所述合路激光 信號sc(t)發(fā)送至光電探測器； 步驟3,所述光電探測器接收光學(xué)禪合器發(fā)送過來的合路激光信號sc(t)，并對所述合 路激光信號sc(t)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到合路電信號Id(t)，然后將所述合路電信號Id(t)發(fā)送 至放大器； 步驟4,所述放大器接收并放大光電探測器發(fā)送過來的合路電信號Id(t)，得到放大后 的合路電信號Vd(t)，然后將所述放大后的合路電信號Vd(t)發(fā)送至低通濾波器； 步驟5,所述低通濾波器接收放大器發(fā)送過來的放大后的合路電信號Vd(t)，并對所述 放大后的合路電信號Vd(t)進(jìn)行低通濾波，得到低通濾波后的合路電信號Vf(t)，然后將所 述低通濾波后的合路電信號Vf(t)發(fā)送至壓流轉(zhuǎn)換器； 所述壓流轉(zhuǎn)換器接收低通濾波器發(fā)送過來的低通濾波后的合路電信號Vf(t)，并且所 述壓流轉(zhuǎn)換器包含設(shè)定的預(yù)置電信號化re(t)，然后將所述低通濾波后的合路電信號Vf(t) 和所述設(shè)定的預(yù)置電信號化re(t)相加后進(jìn)行電壓到電流的轉(zhuǎn)換，得到電流信號，并將所述 電流信號作為激光器的工作電流發(fā)送至激光器，獲得激光信號s(t)的相位噪聲Δ魯化句;其 中，t為時(shí)間變量，τ為延遲量； 步驟6,對獲得激光信號s(t)的相位噪聲Δ 口化鐘進(jìn)行功率譜估計(jì)，得到激光信號s(t)的 相位噪聲功率譜的3地線寬;其中，t為時(shí)間變量，τ為延遲量。4. 如權(quán)利要求3所述的一種基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量方法，其特征在于， 在步驟1中，所述激光信號s(t)，其表達(dá)式為：s(t)=Acos(2抽ο?+Φα));所述相位偏移后 的測量光信號sl(t)，其表達(dá)式為:sl(t)=A cos(2時(shí)〇α-τ)+Φα-τ));將所述參考光信號 0.5s(t)表示為s2(t)，其表達(dá)式為：s2(t)=A cos(化fot+Φ (t)); 其中，A為激光信號s(t)的幅度，fo為激光信號s(t)的中屯、頻率，φα)為激光信號s(t) 的初始相位，t為時(shí)間變量。5. 如權(quán)利要求4所述的一種基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量方法，其特征在于， 在步驟2中，所述合路激光信號sc(t)，其表達(dá)式為:sc(t)=sl(t)+s2(t)。6. 如權(quán)利要求4所述的一種基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量方法，其特征在于， 在步驟3中，所述合路電信號Id(t)，其表達(dá)式為：其中，Kd為光電探測器的探測效率，A為激光信號s(t)的幅度，時(shí)為激光信號s(t)的中屯、 頻率，Φ (t)為激光信號S(t)的初始相位，t為時(shí)間變量，τ為延遲量，si(t)為相位偏移后的 測量光信號，s2(t)為參考光信號0.5s(t)。7. 如權(quán)利要求3所述的一種基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量方法，其特征在于， 在步驟4中，所述放大后的合路電信號Vd(t)，其表達(dá)式為：其中，Δ^，Γ)為激光信號s(t)的相位噪聲，卸化巧二巧灼-的? -巧《1，Kd為光電探測 器的探測效率，A為激光信號s(t)的幅度，時(shí)為激光信號s(t)的中屯、頻率，Φ (t)為激光信號 s( t)的初始相位，t為時(shí)間變量，τ為延遲量，K=KdR，R為設(shè)定的壓流轉(zhuǎn)換比例。8. 如權(quán)利要求3所述的一種基于光電反饋的短延時(shí)激光器線寬測量方法，其特征在于， 在步驟6中，所述得到激光信號s(t)的相位噪聲功率譜的3地線寬，其過程為： 根據(jù)激光信號s(t)的相位噪聲Δ 口(ΛΓ)，計(jì)算得到激光信號s(t)的相位噪聲的功率譜進(jìn)而獲得激光信號s(t)的相位噪聲功率譜的3dB線寬； 其中，ω為激光信號s(t)的相位噪聲的功率譜角頻率。
【文檔編號】G01M11/02GK106092519SQ201610471584
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】唐禹, 胡昆智, 寧獎(jiǎng), 晏蕓
【申請人】西安電子科技大學(xué)