專利名稱：全光纖激光噪聲過濾裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)精密測量和量子光學(xué)、量子信息領(lǐng)域，具體是一種全光纖激光噪聲過濾裝置。
背景技術(shù)：
在光學(xué)精密測量領(lǐng)域，如引力波探測、頻率調(diào)制光譜技術(shù)等，以及量子光學(xué)，量子信息領(lǐng)域，如非經(jīng)典量子態(tài)制備、量子密碼等，都需要用到高性能的單頻激光光源。利用達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)量子噪聲極限的激光光場作為光源，將會(huì)極大改善光學(xué)精密測量的測量精度，提高量子光學(xué)、量子信息領(lǐng)域中糾纏態(tài)光場的糾纏度等。通常的單頻激光器輸出的激光光場并非理想的相干態(tài)光場，而是存在著高于標(biāo)準(zhǔn)量子噪聲極限的額外起伏噪聲。例如，對于NdiYAG固體激光器和Er摻雜光纖激光器等，在低頻范圍(MHz)就存在著很大的激光弛豫振蕩噪聲，因此需要對該起伏噪聲進(jìn)行有效的過濾和改善，使其接近或達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)量子噪聲極限。光電負(fù)反饋技術(shù)可以用來實(shí)現(xiàn)激光噪聲在低頻范圍的抑制，其原理是對激光器輸出激光的一小部分進(jìn)行光電探測，然后將測量到的電信號以適當(dāng)?shù)脑鲆婧拖辔环答伒郊す馄鞯谋闷侄O管的驅(qū)動(dòng)電流上，對激光的強(qiáng)度進(jìn)行主動(dòng)控制，從而實(shí)現(xiàn)激光強(qiáng)度噪聲的抑制。該方法的不足之處是裝置較復(fù)雜，需要對激光器本身進(jìn)行干預(yù)和操作，穩(wěn)定性不高，而且不能獲得標(biāo)準(zhǔn)量子噪聲極限的輸出激光。窄線寬無源腔技術(shù)是實(shí)現(xiàn)激光噪聲抑制的另一類有效方法，該方法不需要對激光器本身進(jìn)行任何干預(yù)和操作，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)量子噪聲極限的輸出激光。Nguyen等 人[M.B.Gray, J.H.Chow, K.McKenzie, andD.E.McClelland, IEEE Photon.Technol.Lett.19，1063(2007)]利用基于光纖的環(huán)形諧振腔方案對單頻光纖激光器輸出激光的額外起伏噪聲進(jìn)行了過濾，該方案具有裝置小型化、穩(wěn)定性好和低成本的特點(diǎn)，有效解決了采用常規(guī)體光學(xué)器件的缺點(diǎn):需要昂貴的高反射率腔鏡、龐大的真空設(shè)備及復(fù)雜的腔長鎖定裝置等。該方案的不足之處是:光纖諧振腔存在著相對較大的內(nèi)腔損耗，難以獲得高的精細(xì)度，為了得到極窄的線寬，就需要采用很長的光纖(百米量級)，此時(shí)，光纖諧振腔內(nèi)的非線性效應(yīng)-受激布里淵散射就會(huì)對入射激光功率造成很大限制，使得有效的入射激光功率只能在百微瓦量級，大大限制了該方案在較高激光功率情況下的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種全光纖激光噪聲過濾裝置，該裝置采用全光纖器件，入射激光往返兩次經(jīng)過全光纖的非平衡馬赫曾德干涉儀，使得特定頻率范圍內(nèi)的激光起伏噪聲能得到高效過濾，本發(fā)明裝置適合于較高功率激光光場的額外噪聲在特定低頻范圍內(nèi)的過濾和抑制，且裝置結(jié)構(gòu)緊湊、小型化、穩(wěn)定性好、成本較低。本發(fā)明提供的一種全光纖激光噪聲過濾裝置，包括光纖環(huán)行器、第一光纖耦合器、光纖延遲線、光纖相位調(diào)節(jié)器、第二光纖耦合器、光纖反射鏡、光電探測器和伺服系統(tǒng)；激光從光纖環(huán)行器的輸入端口 A進(jìn)入，出射后經(jīng)過第一光纖稱合器分為兩束,一束經(jīng)過光纖延遲線，另一束經(jīng)過光纖相位調(diào)節(jié)器，而后均進(jìn)入第二光纖耦合器并發(fā)生干涉，出射的相長干涉光束被光纖反射鏡反射回原光路，最后從光纖環(huán)行器的輸出端口 B出射；光電探測器對第二光纖耦合器相消干涉端口的光場進(jìn)行測量，將測量信號輸入伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)對測量信號進(jìn)行解調(diào)得到誤差信號，并將誤差信號反饋到光纖相位調(diào)節(jié)器上，實(shí)現(xiàn)兩激光光束在第二光纖耦合器上相長干涉的相位鎖定；所述的光纖為單模保偏光纖；所述的第一光纖稱合器和第二光纖I禹合器的稱合分束比均為I比I ;所述的光纖延遲線的長度按以下公式計(jì)算:L=c/ (2nf) (I)其中，L是光纖延遲線的長度，c是真空中的光速，η是光纖纖芯在入射激光波長處的折射率，f是噪聲過濾的頻率。 所述的光纖延遲線可置于密閉的隔振容器內(nèi)。所述的光纖相位調(diào)節(jié)器采用在壓電陶瓷上緊密纏繞光纖，利用壓電效應(yīng)改變光纖的長度來實(shí)現(xiàn)光場相位的調(diào)節(jié)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果:本發(fā)明全光纖激光噪聲過濾裝置，其所有光學(xué)器件均采用單模保偏光纖器件，從而簡化了各個(gè)組成部件之間的光束耦合、模式匹配以及偏振控制問題，具有結(jié)構(gòu)緊湊，小型化、穩(wěn)定性好，成本較低的特點(diǎn)。本發(fā)明全光纖激光噪聲過濾裝置，不需要利用光纖諧振腔技術(shù)，在很大程度上減弱了光纖內(nèi)部的受激布里淵散射噪聲，適合于較高功率激光的噪聲過濾。本發(fā)明全光纖激光噪聲過濾裝置，入射激光往返兩次穿過同一個(gè)全光纖非平衡馬赫曾德干涉儀，不但可以對入射激光的額外噪聲進(jìn)行高效過濾，而且結(jié)構(gòu)緊湊。


圖1全光纖激光噪聲過濾裝置示意2激光光場的噪聲功率譜，a為入射激光光場的強(qiáng)度噪聲功率譜，b為出射激光光場的強(qiáng)度噪聲功率譜。
具體實(shí)施例方式一種全光纖激光噪聲過濾裝置，如圖1所示，包括光纖環(huán)行器1、第一光纖耦合器
2、光纖延遲線3、光纖相位調(diào)節(jié)器4、第二光纖稱合器5、光纖反射鏡6、光電探測器7和伺服系統(tǒng)8 ;激光從光纖環(huán)行器I的輸入端口 A入射(入射激光由1550納米單頻光纖激光器提供，該激光光場在低頻處具有很高的弛豫振蕩噪聲，當(dāng)分析頻率大于50MHz時(shí)才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)量子噪聲極限)，出射后進(jìn)入第一光纖耦合器2，該光纖耦合器的耦合分束比為1:1 (0ZOptics公司的FUSED-12-1550-8/125-50/50)。分束后的兩束激光分別經(jīng)過光纖延遲線3和光纖相位調(diào)節(jié)器4后進(jìn)入第二光纖耦合器5并發(fā)生干涉，光纖延遲線3由長度為83米的1550單模保偏光纖構(gòu)成，并置于有機(jī)玻璃罩內(nèi)進(jìn)行密封隔振，光纖延遲線3的長度是根據(jù)公式(I)和參數(shù):c=3X108m/s，n=l.445, f=l.25MHz計(jì)算得到。光纖相位調(diào)節(jié)器4采用將光纖緊密纏繞在壓電陶瓷上，通過壓電效應(yīng)改變光纖的長度來實(shí)現(xiàn)光場相位在O到2 π弧度范圍的變化，使得入射第二光纖耦合器5的兩束激光能夠發(fā)生相長干涉，第二光纖耦合器5的耦合分束比為1:1 (OZ Optics公司的FUSED-22-1550-8/125-50/50)。發(fā)生相長干涉的出射光束被光纖反射鏡6反射回原光路,最后從光纖環(huán)行器的輸出端口 B出射。伺服系統(tǒng)8通過光纖相位調(diào)節(jié)器4對激光相位進(jìn)行頻率為5kHz的微弱正弦調(diào)制，光電探測器7對第二光纖耦合器5相消干涉端口出射的含有調(diào)制信號的激光進(jìn)行探測，并將測量到的電信號輸入伺服系統(tǒng)8，伺服系統(tǒng)8對光電探測器7的測量信號進(jìn)行解調(diào)得到誤差信號，并將誤差信號反饋到光纖相位調(diào)節(jié)器4上，實(shí)現(xiàn)兩激光光束在第二光纖耦合器5上相長干涉的相位鎖定。上述裝置中所有光纖器件的光纖均為1550納米單模保偏光纖。圖2是實(shí)驗(yàn)測量的1550納米激光光場的強(qiáng)度噪聲功率譜。a為1550納米單頻光纖激光器輸出激光光場的強(qiáng)度噪聲功率譜，相應(yīng)的激光功率為5毫瓦，可以看出在1.5MHz附近分析頻率處激光光場存在著很大的弛豫振蕩峰。入射激光光場經(jīng)本發(fā)明裝置進(jìn)行噪聲過濾后，相應(yīng)的出射激光光場的強(qiáng)度噪聲功率譜為圖2所示的b曲線，可以明顯看出，經(jīng)噪聲過濾后，1550納米激光光場的強(qiáng)度噪聲起伏功率在1.25MHz,3.75MHz、6.25MHz等頻率間隔約為2.5MHz的分析頻率處得到有效的過濾和抑制。
權(quán)利要求
1.一種全光纖激光噪聲過濾裝置，其特征在于，包括光纖環(huán)行器(I)、第一光纖耦合器(2)、光纖延遲線(3)、光纖相位調(diào)節(jié)器(4)、第二光纖耦合器(5)、光纖反射鏡(6)、光電探測器(7)和伺服系統(tǒng)(8);激光從光纖環(huán)行器(I)的輸入端口(A)進(jìn)入，出射后經(jīng)過第一光纖耦合器(2)分為兩束，一束經(jīng)過光纖延遲線(3)，另一束經(jīng)過光纖相位調(diào)節(jié)器(4)，而后均進(jìn)入第二光纖耦合器(5)并發(fā)生干涉，出射的相長干涉光束被光纖反射鏡(6)反射回原光路，最后從光纖環(huán)行器(I)的輸出端口(B)出射；光電探測器(7)對第二光纖f禹合器(5)相消干涉端口的出射光場進(jìn)行測量，將測量信號輸入伺服系統(tǒng)(8)，伺服系統(tǒng)(8)對測量信號進(jìn)行解調(diào)得到誤差信號，并將誤差信號反饋到光纖相位調(diào)節(jié)器(4)上，實(shí)現(xiàn)兩激光光束在第二光纖耦合器(5)上相長干涉的相位鎖定；所述的光纖為單模保偏光纖； 所述的第一光纖稱合器(2)和第二光纖稱合器(5)的稱合分束比均為I比I ; 所述的光纖延遲線(3)的長度由公式L=c/ (2nf)計(jì)算得出，其中，L是光纖延遲線的長度，c是真空中的光速，η是光纖纖芯在入射激光波長處的折射率，f是噪聲過濾的頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的一種全光纖激光噪聲過濾裝置，其特征在于，所述的光纖延遲線(3)置于密閉的隔振容器內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種全光纖激光噪聲過濾裝置，其特征在于，所述的光纖相位調(diào)節(jié)器(4)是采用在壓電陶瓷上緊密纏繞光纖。
全文摘要
一種全光纖激光噪聲過濾裝置，包括光纖環(huán)行器(1)、第一光纖耦合器(2)、光纖延遲線(3)、光纖相位調(diào)節(jié)器(4)、第二光纖耦合器(5)、光纖反射鏡(6)、光電探測器(7)和伺服系統(tǒng)(8)；激光從光纖環(huán)行器(1)的輸入端口(A)進(jìn)入，出射后經(jīng)過第一光纖耦合器(2)分為兩束，一束經(jīng)過光纖延遲線(3)，另一束經(jīng)過光纖相位調(diào)節(jié)器(4)，而后均進(jìn)入第二光纖耦合器(5)并發(fā)生干涉，出射的相長干涉光束被光纖反射鏡(6)反射回原光路，最后從光纖環(huán)行器(1)的輸出端口(B)出射；該裝置可以高效過濾較高功率激光光場的額外起伏噪聲，特別是低頻段的噪聲，且裝置結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性好。
文檔編號H01S3/10GK103078241SQ20131001484
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者李永民, 王旭陽, 彭堃墀 申請人:山西大學(xué)