一种窄线宽高速扫频光源瞬时线宽测量方法、测量系统技术方案

本申请提供一种窄线宽高速扫频光源瞬时线宽测量方法，步骤包括：预制频率标尺；将待测扫频光源与预制频率标尺耦合并进行瞬时并行采样，获得瞬时采样信息；基于预制频率标尺，对瞬时采样信息进行叠加累积，以获取待测扫频光源在累积等效长时间窗口内的干涉光谱数据；对累积等效长时间窗口内的干涉光谱数据进行处理分析，可获得待测扫频光源在任意时刻的瞬时线宽。本申请一种窄线宽高速扫频光源瞬时线宽测量方法，基于多载波光源作为频率标尺，对扫频速度不高于10

【技术实现步骤摘要】
一种窄线宽高速扫频光源瞬时线宽测量方法、测量系统


[0001]本申请属于光电工程中的扫频光源线宽测量
，尤其是涉及一种窄线宽高速扫频光源瞬时线宽测量方法、测量系统。

技术介绍

[0002]扫频光源是一种能够输出宽带线性扫频连续波的新型光源，在激光雷达、光学相干层析、光纤传感、矢网分析等系统中有着重要的应用和巨大的发展潜力。瞬时线宽是扫频光源的重要参数，它与光源的瞬时动态特性、相位特性密切相关，直接决定着扫频光源在系统应用中的性能。
[0003]对于窄线宽高速扫频光源瞬时线宽的测量，本质上是要在瞬时时间窗口内采集到一个持续时间足够长的波列(窄线宽)，这就引发了“瞬时”和“长时间采样窗口”的矛盾问题。由于扫频光源的频率随时间高速变化，因此扫频光源的扫频速率越高、线宽越窄，这个矛盾就越突出。因为扫频光源的瞬时线宽在扫频过程中动态变化，扫频光源瞬时线宽的捕捉与测量也就成为了难题。目前国内外对扫频光源瞬时线宽的测量方法包括如下几类。
[0004]1.延时自外差法
[0005]延时自外差法是利用干涉仪测量扫频光源干涉条纹可见度的滚降。当干涉仪中延时光纤长度远大于激光相干时间时，可以粗略评估扫频光源在整个扫频光谱范围内的平均线宽；当延时光纤长度小于激光相干长度时，结合希尔伯特黄变换、局部均值分解等方法处理干涉信号相位噪声的微弱起伏，可以测得kHz
‑
MHz量级的瞬时线宽，但扫频光的扫频速度仅限于107Hz/s量级以下。
[0006]2.基于电光开关的测量方法
[0007]基于电光开关的测量法是利用电光调制器的开关效应直接产生采样窗口，在这个窗口内对扫频光进行数据采集，同时利用高分辨率光谱仪记录这个时间窗口内的光谱宽度，定义这个光谱宽度为该时间窗口内的瞬时线宽。但是由于光谱仪的多周期平均测量、电光调制器调制导致的光谱展宽、以及扫频光频率与调制器驱动信号的非线性关系等因素的影响，使得该测量方法仅适用于大于几十GHz的瞬时线宽测量。
[0008]3.基于电场重构理论的测量方法
[0009]基于电场重构理论的测量方法是首先通过实验测量扫频光经过3
×
3耦合器后得到的多个干涉光强，再利用电场重构理论重构出扫频光的电场函数，计算出一定时间窗口内的瞬时线宽。这种方法捕捉到的线宽仍然是一定观测窗口内的平均值，且准确性取决于对扫频光场频率拟合函数的选取。
[0010]4.基于可调滤波器的测量方法
[0011]基于可调滤波器的测量方法是将待测扫频光通过可调窄带滤波器，截取待测扫频光在滤波器中心频率附近的一段光谱，经过光电转换和示波器采样后，将时域信号反卷积运算，得到扫频光在滤波器中心频率处的瞬时线宽。这种方法实质上是用滤波器的光谱宽度作为采样窗口，因此所能测得的最窄线宽为百GHz量级。
[0012]综上所述，对于高速扫频光源，现有的方法只能实现GHz量级以上的瞬时线宽测量；而kHz
‑
MHz量级瞬时线宽的测量，只能在低速扫频光源的测量中实现。对于既高速扫频(＞10
16
Hz)又窄线宽(＜kHz)的扫频光源，目前国内外报道的方法尚无法解决“瞬时”和“长时间采样窗口”的矛盾问题。

技术实现思路

[0013]本申请提供一种窄线宽高速扫频光源瞬时线宽测量方法、测量系统，尤其是适用于窄线宽、高速扫频光源的瞬时线宽的测量，解决了现有技术中无法对窄线宽高速扫频光源的瞬时线宽进行捕捉和测量的技术问题。
[0014]为解决至少一个上述技术问题，本申请采用的技术方案是：
[0015]一种窄线宽高速扫频光源瞬时线宽测量方法，步骤包括：
[0016]预制频率标尺；
[0017]将待测扫频光源与预制频率标尺耦合并进行瞬时并行采样，获得瞬时采样信息；
[0018]基于预制频率标尺，对瞬时采样信息进行叠加累积，以获取待测扫频光源在累积等效长时间窗口内的干涉光谱数据；
[0019]对累积等效长时间窗口内的干涉光谱数据进行处理分析，可获得待测扫频光源在任意时刻的瞬时线宽。
[0020]进一步的，所述预制频率标尺包括：
[0021]获取多载波光源；
[0022]以所述多载波光源所发出的光的频率为基准，衍生出若干个不同频率大小的所述频率标尺；
[0023]优选地，所有所述频率标尺均为所述多载波光源输出的连续波光源所发射的光的频率，且所有所述频率标尺为等间距设置。
[0024]进一步的，所述频率标尺是基于所述待测扫频光源的扫频速度和扫频范围而定，且所述频率标尺的初始值为可调值。
[0025]进一步的，所述将待测扫频光源与预制频率标尺耦合并进行瞬时并行采样，获得瞬时采样信息，包括：
[0026]基于所述频率标尺，将其与所述待测扫频光源耦合，获得光拍信号；
[0027]通过平衡探测器将瞬时采样获得的光拍信号转换为瞬时电信号；
[0028]再经高速示波器将转换后的瞬时电信号进行干涉光谱数据采样，以获得瞬时干涉光谱数据；
[0029]在每个扫频周期内对所有光拍信号进行瞬时并行采集干涉光谱信息；
[0030]获得光拍信号在所有扫频周期中的同一瞬时时刻的若干瞬时采样信息。
[0031]进一步的，所有扫频周期的时间周期均相同；
[0032]每个扫频周期中相同所述频率标尺所对应的瞬时时间位置相同。
[0033]进一步的，所述基于预制频率标尺，对瞬时采样信息进行叠加累积，以获取待测扫频光源在累积等效长时间窗口内的干涉光谱数据，包括：
[0034]在采样光谱数据时，基于任一所述频率标尺，将瞬时电信号在所有扫频周期内的同一瞬时时刻进行累计，标记为同一瞬时时刻的累计等效长时间窗口；
[0035]将瞬时电信号在所有扫频周期内的同一瞬时时刻的瞬时光谱数据进行累积，以获得基于该所述频率标尺在所述累积等效时间窗口内的累积光谱数据。
[0036]进一步的，在采样光谱数据之前，还包括对瞬时电信号依次进行电域内的放大、滤波，再去掉直流分量的步骤。
[0037]进一步的，所述对累积等效长时间窗口内的干涉光谱数据进行处理分析，可获得待测扫频光源在任意时刻的瞬时线宽，包括：
[0038]对所述累积等效时间窗口内的累积光谱数据做傅立叶变换，即可获得待测扫频光源的瞬时线宽。
[0039]一种扫频光源瞬时线宽的测量系统，包括：
[0040]标尺预制模块：用于预制频率标尺；
[0041]瞬时采样模块：将待测扫频光源与预制频率标尺耦合并进行瞬时并行采样，获得瞬时采样信息；
[0042]叠加累计模块：基于预制频率标尺，对瞬时采样信息进行叠加累积，以获取待测扫频光源在累积等效长时间窗口内的干涉光谱数据；
[0043]数据处理模块：对累积等效长时间窗口内的干涉光谱数据进行处理分析，可获得待测扫频光源在任意时刻的瞬时线宽。
[0044]进一步的，所述标尺预制模块，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种窄线宽高速扫频光源瞬时线宽测量方法，其特征在于，步骤包括：预制频率标尺；将待测扫频光源与预制频率标尺耦合并进行瞬时并行采样，获得瞬时采样信息；基于预制频率标尺，对瞬时采样信息进行叠加累积，以获取待测扫频光源在累积等效长时间窗口内的干涉光谱数据；对累积等效长时间窗口内的干涉光谱数据进行处理分析，可获得待测扫频光源在任意时刻的瞬时线宽。2.根据权利要求1所述的一种窄线宽高速扫频光源瞬时线宽测量方法，其特征在于，所述预制频率标尺包括：获取多载波光源；以所述多载波光源所发出的光的频率为基准，衍生出若干个不同频率大小的所述频率标尺；优选地，所有所述频率标尺均为所述多载波光源输出的连续波光源所发射的光的频率，且所有所述频率标尺为等间距设置。3.根据权利要求2所述的一种窄线宽高速扫频光源瞬时线宽测量方法，其特征在于，所述频率标尺是基于所述待测扫频光源的扫频速度和扫频范围而定，且所述频率标尺的初始值为可调值。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的一种窄线宽高速扫频光源瞬时线宽测量方法，其特征在于，所述将待测扫频光源与预制频率标尺耦合并进行瞬时并行采样，获得瞬时采样信息，包括：基于所述频率标尺，将其与所述待测扫频光源耦合，获得光拍信号；通过平衡探测器将瞬时采样获得的光拍信号转换为瞬时电信号；再经高速示波器将转换后的瞬时电信号进行干涉光谱数据采样，以获得瞬时干涉光谱数据；在每个扫频周期内对所有光拍信号进行瞬时并行采集干涉光谱信息；获得光拍信号在所有扫频周期中的同一瞬时时刻的若干瞬时采样信息。5.根据权利要求4所述的一种窄线宽高速扫频光源瞬时线宽测量方法，其特征在于，所有扫频周期的时间周期均相同；每个扫频周期中相同所述频率标尺所对应的瞬时时间位置相同。6.根据权利要求1
‑
3、5任一项所述的一种窄线宽高速扫频光源瞬时线宽测量方法，其特征在于，所述基于预制频率标尺，对瞬时采样信息进行叠加累积，以获取待测扫频光源在累积等效长时间窗口内的干涉光谱数据，包括：在采样光谱数据时，基于任一所述频率标尺，将瞬时电信号在所有扫频周期内的同一瞬时时刻进行累计，标记为同一瞬时时刻的累计等效长时间窗口；将瞬时电信号在所有扫频周期内的同一瞬时时刻的瞬时光谱数据进行累积，以获得基于该所述频率标尺在所述累积等效时间窗口...

【专利技术属性】
技术研发人员：王肇颖，张杰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：