CN105758626A - 基于延时自外差法测量852nm半导体激光器超窄线宽测试系统 - Google Patents
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Abstract
基于延时自外差法测量852nm半导体激光器超窄线宽测试系统，属于半导体光电子技术领域。包括：半导体激光器、第一3dB耦合器、延时多模光纤、声光移频器、第二3dB耦合器、光电探测器和频谱仪组成；半导体激光器输出端口为FC/PC的光纤接口，通过法兰盘将半导体激光器与第一3dB耦合器的输入端口相连接；第一3dB耦合器输出为两路，一路通过法兰盘连接延时多模光纤，另一路通过法兰盘连接声光移频器；第二3dB耦合器把延时多模光纤的输出与声光移频器的输出合为一路；第二3dB耦合器的输出端连接光电探测器，光电探测器的输出端使用BNC射频线与频谱仪相连接。可测量852nm半导体激光器的线宽，保证测试系统的精确度。
Description
技术领域
本发明涉及窄线宽半导体激光器线宽的测试系统，属于半导体光电子技术领域，具体涉及一种852nm窄线宽半导体激光器的线宽测试系统。
背景技术
窄线宽半导体激光器因其线宽窄、噪声低、抗电磁干扰强等性能，广泛应用于光纤传感、石油勘探、管道监控、激光雷达和海底通信以及其他高精度光谱测量领域。其中852nm窄线宽半导体激光器主要应用于铯原子频谱、短程通信等领域，对激光器的线宽要求越来越高。频带宽度是光源单色性的量度，单色性越好，相干时间越长。因此，精确测量这些激光器的线宽对于评价单频激光器的性能很有必要。
光谱线宽的测量方法大致有三种：光谱仪测量法、F-P干涉法、拍频法光谱仪的测量精度约为100GHz，F-P干涉法测量精度约为100MHz，而拍频法精度则可以达到100kHz以下。外差法是测量很窄线宽较理想的方法,可以得到比较满意的分辨率。
激光器线宽测试领域普遍集中在1310nm与1550nm半导体激光器，由于受到波长限制，针对波段为852nm的半导体激光器超窄线宽测试相对较少，传统窄线宽测试系统不再适用于特殊波段的激光器线宽测试。然而，852nm的激光器需求也日益增加，所以针对特殊波段的超窄线宽测试系统有着相当广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种852nm窄线宽激光器的线宽测试系统。核心结构为传统Mach-Zehnder干涉仪系统，从激光器发出的光经过3dB耦合器，使得一路入射光分成两路，将其中一路光用光纤延时，而另一光路通过移频器进行移频。延时与移频的光路再经过一个3dB耦合器使两路光相拍，经光电转换，在频谱分析仪上得到相拍后的光电流谱线，从延时光电流谱线确定出激光器线宽。本发明的测试系统测试的线宽精度可达到100kHz以下。
区别于其他的激光器线宽测试系统，本发明适用于工作波长在852nm的激光器线宽的测量，国内鲜有实验室去搭建同波长的激光器线宽测试系统。此外，本发明所使用的传输光纤均为多模光纤，证明了多模光纤也可用于光纤延时自外差测试系统。此外，由于传输852nm激光的光纤多模光纤价格高昂，经过公式推导，延时光纤越长，可探测的线宽精度越高。但是，越长的延时光纤，所造成损耗也将增大。我们权衡了精度、损耗与成本的利害关系，最后我们用相对较短的多模光纤用来延时，并且满足测试要求。
一种852nm窄线宽半导体激光器线宽测试系统，主要包括：
半导体激光器(1)、第一3dB耦合器(2)、延时多模光纤(3)、声光移频器(4)、第二3dB耦合器(5)、光电探测器(6)和频谱仪(7)组成；
半导体激光器输出端口为FC/PC的光纤接口，通过法兰盘将半导体激光器与第一3dB耦合器的输入端口相连接；第一3dB耦合器输出为两路，一路通过法兰盘连接延时多模光纤，另一路通过法兰盘连接声光移频器；第二3dB耦合器把延时多模光纤的输出与声光移频器的输出合为一路；第二3dB耦合器的输出端连接光电探测器，光电探测器的输出端使用BNC射频线与频谱仪相连接。
所述半导体激光器为852nm窄线宽半导体激光器，激射波长为852nm，出光面镀有反射率小于0.01％的减反膜，另一面镀有反射率大于90％的高反膜；
所述的第一3dB耦合器和第二3dB耦合器，分光比同为50/50，光纤类型是多模光纤，光纤接头为FC/PC；
所述的多模延时光纤，工作波长在850-852nm，延时光纤损耗为3.5dB/km，纤芯直径为50μm，纤芯的折射率为1.5，光纤接头为FC/PC；
所述的声光移频器为针对850nm设计的移频器，工作介质为TeO2，工作中心波长为850-852nm，移频值为100MHz，最大插入损耗为2dB；
所述的光电探测器探测为固定增益硅探测器，探测材料为Si，工作波长范围从200nm到1100nm，在850-852nm处的响应度为0.35A/W，带宽为150MHz，具有固定的增益模块，放大倍数达到5000倍；
所述的频谱分析仪用于射频信号的频域分析，基于快速傅里叶变换，通过傅里叶运算将被测信号分解成分立的频率分量处理后获得频谱分布图，带宽为100kHz-3.6GHz，分辨率达到了100Hz。
所述的第一3dB耦合器是将激光器的输出光分成两路；所述的多模光纤用于延时；所述的声光移频器用于移频；所述的第二3dB耦合器是将移频与延时的光路进行拍频；所述的光电探测器将光信号转化为电信号，并将电信号放大；所述的频谱仪将得到光电流谱线，并通过光电流谱线确定出激光器的线宽。该测试系统精度可达到100kHz，并且拍频位于非零频的中频附近，避免周边环境对系统带来的低频干扰，从而降低系统误差、提高测量精度。
本发明所带来的有益效果如下：
可以测量852nm半导体激光器的线宽，并在尽可能减少延时光纤长度的情况下，保证测试系统的精确度，理论上可测的最小线宽约为100kHz，同时节省了成本。
附图说明
图1是852nm窄线宽半导体激光器线宽的测试系统示意图；
图1中：1、半导体激光器，2、第一3dB耦合器，3、多模延时光纤，4、声光移频器，5、第二3dB耦合器，6、光电探测器，7、频谱仪。
图2是852nm窄线宽半导体激光器线宽测试频谱图，激光器线宽为100kHz，中心波长为852nm时测试的频谱图。
具体实施方式
如图1所示，一种852nm窄线宽半导体激光器线宽的测试系统，主要包括852nm半导体激光器，第一3dB耦合器，多模延时光纤，声光移频器，第二3dB耦合器，光电探测器，频谱分析仪；
下面结合图1介绍实现852nm窄线宽半导体激光器线宽的测试系统的方法；
步骤1、852nm窄线宽半导体激光器输出端口为FC/PC的光纤接口，通过法兰盘将激光器与第一3dB耦合器的输入端口相连接；
步骤2、第一3dB耦合器输出为两路，一路通过法兰盘连接多模延时光纤，另一路通过法兰盘连接声光移频器。此外，声光移频器需要外加24V的工作电源为其供电；
步骤3、用第二3dB耦合器把多模延时光纤与声光移频器的输出合为一路；
步骤4、第二3dB耦合器的输出端连接光电探测器，光电探测器需要12V直流稳压电源为其供电；
步骤5、光电探测器的输出端使用BNC射频线与频谱分析仪相连接；
步骤6、打开频谱仪，中心频率设置在100MHz，在频谱仪的显示屏上调整波形，在中心峰值下降3dB处，读出此处的谱线宽度，这个宽度为半导体激光器的线宽的两倍。因此只需要测量光电流的谱线宽度，就可以准确得到被测激光器的线宽。
Claims (7)
1.一种852nm窄线宽半导体激光器线宽测试系统，其特征在于，主要包括：
半导体激光器(1)、第一3dB耦合器(2)、多模延时光纤(3)、声光移频器(4)、第二3dB耦合器(5)、光电探测器(6)和频谱仪(7)组成；
半导体激光器输出端口为FC/PC的光纤接口，通过法兰盘将半导体激光器与第一3dB耦合器的输入端口相连接；第一3dB耦合器输出为两路，一路通过法兰盘连接延时多模光纤，另一路通过法兰盘连接声光移频器；第二3dB耦合器把多模延时光纤的输出与声光移频器的输出合为一路；第二3dB耦合器的输出端连接光电探测器，光电探测器的输出端使用BNC射频线与频谱仪相连接。
2.按照权利要求1所述的一种852nm窄线宽半导体激光器线宽测试系统，其特征在于，所述半导体激光器为852nm窄线宽半导体激光器，激射波长为852nm，出光面镀有反射率小于0.01％的减反膜，另一面镀有反射率大于90％的高反膜。
3.按照权利要求1所述的一种852nm窄线宽半导体激光器线宽测试系统，其特征在于，所述的第一3dB耦合器和第二3dB耦合器，分光比同为50/50，光纤类型是多模光纤，光纤接头为FC/PC。
4.按照权利要求1所述的一种852nm窄线宽半导体激光器线宽测试系统，其特征在于，多模延时光纤，工作波长在850-852nm，延时光纤损耗为3.5dB/km，纤芯直径为50μm，纤芯的折射率为1.5，光纤接头为FC/PC。
5.按照权利要求1所述的一种852nm窄线宽半导体激光器线宽测试系统，其特征在于，所述的声光移频器为针对850nm设计的移频器，工作介质为TeO2，工作中心波长为850-852nm，移频值为100MHz，最大插入损耗为2dB。
6.按照权利要求1所述的一种852nm窄线宽半导体激光器线宽测试系统，其特征在于，光电探测器探测为固定增益硅探测器，探测材料为Si，工作波长范围从200nm到1100nm，在850-852nm处的响应度为0.35A/W，带宽为150MHz，具有固定的增益模块，放大倍数达到5000倍。
7.按照权利要求1所述的一种852nm窄线宽半导体激光器线宽测试系统，其特征在于，所述的频谱仪用于射频信号的频域分析，基于傅里叶变换，通过傅里叶运算将被测信号分解成分立的频率分量处理后获得频谱分布图，带宽为100kHz-3.6GHz，分辨率达到100Hz。
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