一种测量连续激光器线宽的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于激光器线宽测量技术领域，为了解决现有技术中激光线宽测量精度不足，测量范围小的问题，提供了一种测量连续激光器线宽的装置及方法，装置包括频率鉴别装置、功率谱密度获取装置、伺服锁定装置和软件处理单元；频率鉴别装置用于根据待测激光器发出的激光得到频率参考信号；所述功率谱密度获取装置用于得到激光的残余误差功率谱密度；伺服锁定装置用于对待测激光器进行调制和伺服锁定；软件处理单元用于对残余误差功率谱密度数据进行分析得到激光线宽的大小。本发明专利技术基于残余误差功率谱密度的几何划分，实现对激光线宽的测量及实时显示，具有可测量范围广，测量速度快，可移植能力强、测量精度高等诸多优点。

【技术实现步骤摘要】
一种测量连续激光器线宽的装置及方法
本专利技术属于激光器线宽测量
，具体是一种测量连续激光器线宽的装置及方法。
技术介绍
随着激光技术的发展，单频连续激光器由于其窄线宽，低噪声，高相干性，高稳定性等特征被广泛应用于原子物理，量子光学，高分辨频率计量等方面的研究。同时，窄线宽激光器在光通讯，精密测量等领域有着重要的意义。在实际应用中，激光线宽往往用来当作激光器的频率波动程度的评价指标。最初的检测激光器线宽的方法是利用频率参考仪，但是传统的频率参考仪往往通过旋转光栅来确定待测激光的波长，这种方法受限于其光栅刻线的精度，一般都在纳米量级。利用高精度的法布里珀罗干涉仪可以测量兆赫兹量级的激光线宽，该方法是通过扫描法布里珀罗干涉仪的腔长来获取激光的线宽，但是价格高昂而且不能测量千赫兹量级以下的激光线宽，这也限制了其被广泛用于激光线宽的测量。随后又继续提出双光束拍频法和单光束延迟自拍频法。传统的双光束拍频是指将一束稳定频率的激光与待测激光进行拍频，通过测量拍频线宽确定激光器的线宽。这种方法往往需要复杂的实验系统。单光束延迟自拍频法往往需要通过光纤进行延时，这会带来光路的损耗，偏振的改变等一系列复杂情况，同时过长的光纤不但提高了成本，而且系统的体积的增加还导致其使用不方便。
技术实现思路
本专利技术克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种可以快速获得待测激光器的线宽，操作方便，而且激光线宽测量精确程度高的测量连续激光器线宽的装置及方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种测量连续激光器线宽的装置，包括频率鉴别装置、功率谱密度获取装置、伺服锁定装置和软件处理单元；所述频率鉴别装置用于根据待测激光器发出的激光得到频率参考信号；所述功率谱密度获取装置用于对频率参考装置的频率参考信号进行光电转化得到电信号；对电信号进行解调得到残余误差信号；以及对残余误差信号进行频谱分析，得到激光的残余误差功率谱密度；所述伺服锁定装置用于对待测激光器进行调制，还用于根据所述功率谱密度获取装置解调得到的残余误差信号对激光器进行伺服锁定；所述软件处理单元用于对所述功率谱密度获取装置获得的残余误差功率谱密度数据进行分析，利用快慢调制区划分线对频谱数据划分得到慢调制区，以及计算慢调制区面积，并根据慢调制区的面积得到激光线宽的大小。所述频率鉴别装置包括光栅频率参考仪和频率参考装置，所述光栅频率参考仪用于识别激光器发出激光的波长，所述频率参考装置用于获得待测激光器的频率参考信号；所述功率谱密度获取装置包括探测器、解调装置和频谱仪，所述探测器用于对频率参考信号进行光电转化得到电信号，所述解调装置用于对电信号进行解调得到残余误差信号，所述频谱仪用于对残余误差信号进行频谱分析，得到激光的残余误差功率谱密度；所述伺服锁定装置包括调制信号发生器和伺服控制器，所述调制信号发生器与激光器的调制端口连接，所述伺服控制器的输入端与所述解调装置的输出端连接，所述伺服控制器的输入端与激光器的控制输入端连接。所述频率参考装置为法布里珀罗干涉仪或饱和吸收谱装置。所述软件处理单元对残余误差功率谱密度数据进行分析时，将功率谱密度数据Sδv(f)大于快慢调制区划分线S0(f)的频率f划分到慢调制区，所述快慢调制区划分线为计算慢调制区面积S的公式为：其中H表示单位阶梯函数，当x>0时，有H(x)＝1；当x<0时，有H(x)＝0；激光线宽FWHM的计算公式为：另一方面，本专利技术还提供了一种测量连续激光器线宽的方法，包括以下步骤：S1、对待测激光器进行频率调制，通过频率参考装置获取待测激光器的频率参考信号，并将频率参考信号转化为残余误差信号，同时将残余误差信号发送至伺服锁定装置对待测激光器进行频率锁定；S2、通过频谱仪对残余误差信号进行频谱分析，得到激光的残余误差功率谱密度；S3、对得到的残余误差功率谱密度数据进行分析，利用快慢调制区划分线对频谱数据划分得到慢调制区，然后计算慢调制区面积，并根据慢调制区的面积计算得到激光线宽的大小。所述步骤S1中，还包括通过光栅频率参考仪对激光进行检测得到激光波长所处的范围，并选择频率参考装置的步骤；所述频率参考装置为与激光器波长对应的法布里珀罗干涉仪或者原子或分子的饱和吸收谱装置。所述步骤S1中，待测激光器的频率调制频率为MHz量级。所述步骤S3中，对残余误差功率谱密度数据进行分析时，将功率谱密度数据Sδv(f)大于快慢调制区划分线S0(f)的频率f划分到慢调制区，所述快慢调制区划分线为：计算慢调制区面积S的公式为：其中H表示单位阶梯函数，当x>0时，有H(x)＝1；当x<0时，有H(x)＝0；激光线宽FWHM的计算公式为：本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术提供了一种测量连续激光器线宽的装置及方法，利用残余误差功率谱密度进行分析计算，可以精确快速的测量激光的线宽，本专利技术具有可移植性强，测量速度快，测量精度高等明显优势。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种测量连续激光器线宽的装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例中测量得到的腔模频率参考信号及残余误差信号的示意图；图3为本专利技术实施例中测量得到的残余误差功率谱密度分布示意图，图中虚线表示快慢调制区划分线。图中：1为频率鉴别装置，2为功率谱密度获取装置，3为伺服锁定装置，4为软件处理单元。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术实施例提供了一种测量连续激光器线宽的装置，包括频率鉴别装置1、功率谱密度获取装置2、伺服锁定装置3和软件处理单元4。其中，所述频率鉴别装置1用于根据待测激光器发出的激光得到频率参考信号；所述功率谱密度获取装置2用于对频率参考装置的频率参考信号进行光电转化得到电信号；对电信号进行解调得到残余误差信号；以及对残余误差信号进行频谱分析，得到激光的残余误差功率谱密度；所述伺服锁定装置3用于对待测激光器进行调制，还用于根据所述功率谱密度获取装置2解调得到的残余误差信号对激光器进行伺服锁定；所述软件处理单元4用于对所述功率谱密度获取装置2获得的残余误差功率谱密度数据进行分析，利用快慢调制区划分线对频谱数据划分得到慢调制区，以及计算慢调制区面积，并根据慢调制区的面积得到激光线宽的大小。具体地，如图1所示，本实施例中，所述频率鉴别装置1包括光栅频率参考仪和频率参考装置，所述光栅频率参考仪用于识别激光器发出激光的波长，所述频率参考装置用于获得待测激光器的频率参考信号。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量连续激光器线宽的装置，其特征在于，包括频率鉴别装置(1)、功率谱密度获取装置(2)、伺服锁定装置(3)和软件处理单元(4)；/n所述频率鉴别装置(1)用于根据待测激光器发出的激光得到频率参考信号；/n所述功率谱密度获取装置(2)用于对频率参考装置的频率参考信号进行光电转化得到电信号；对电信号进行解调得到残余误差信号；以及对残余误差信号进行频谱分析，得到激光的残余误差功率谱密度；/n所述伺服锁定装置(3)用于对待测激光器进行调制，还用于根据所述功率谱密度获取装置(2)解调得到的残余误差信号对激光器进行伺服锁定；/n所述软件处理单元(4)用于对所述功率谱密度获取装置(2)获得的残余误差功率谱密度数据进行分析，利用快慢调制区划分线对频谱数据划分得到慢调制区，以及计算慢调制区面积，并根据慢调制区的面积得到激光线宽的大小。/n

【技术特征摘要】
1.一种测量连续激光器线宽的装置，其特征在于，包括频率鉴别装置(1)、功率谱密度获取装置(2)、伺服锁定装置(3)和软件处理单元(4)；
所述频率鉴别装置(1)用于根据待测激光器发出的激光得到频率参考信号；
所述功率谱密度获取装置(2)用于对频率参考装置的频率参考信号进行光电转化得到电信号；对电信号进行解调得到残余误差信号；以及对残余误差信号进行频谱分析，得到激光的残余误差功率谱密度；
所述伺服锁定装置(3)用于对待测激光器进行调制，还用于根据所述功率谱密度获取装置(2)解调得到的残余误差信号对激光器进行伺服锁定；
所述软件处理单元(4)用于对所述功率谱密度获取装置(2)获得的残余误差功率谱密度数据进行分析，利用快慢调制区划分线对频谱数据划分得到慢调制区，以及计算慢调制区面积，并根据慢调制区的面积得到激光线宽的大小。


2.根据权利要求1所述的一种测量连续激光器线宽的装置，其特征在于，所述频率鉴别装置(1)包括光栅频率参考仪和频率参考装置，所述光栅频率参考仪用于识别激光器发出激光的波长，所述频率参考装置用于获得待测激光器的频率参考信号；
所述功率谱密度获取装置(2)包括探测器、解调装置和频谱仪，所述探测器用于对频率参考信号进行光电转化得到电信号，所述解调装置用于对电信号进行解调得到残余误差信号，所述频谱仪用于对残余误差信号进行频谱分析，得到激光的残余误差功率谱密度；
所述伺服锁定装置(3)包括调制信号发生器和伺服控制器，所述调制信号发生器与激光器的调制端口连接，所述伺服控制器的输入端与所述解调装置的输出端连接，所述伺服控制器的输入端与激光器的控制输入端连接。


3.根据权利要求1所述的一种测量连续激光器线宽的装置，其特征在于，所述频率参考装置为法布里珀罗干涉仪或饱和吸收谱装置。


4.根据权利要求1所述的一种测量连续激光器线宽的装置，其特征在于，所述软件处理单元(4)对残余误差功率谱密度数据进行分...

【专利技术属性】
技术研发人员：元晋鹏，汪丽蓉，刘浩，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西;14