一种激光器噪声特性的测量装置，由激光器噪声波动的转化系统和探测处理系统构成，主要包括环形器，3×3耦合器，第一光开关，第二光开关，光纤，第一法拉第旋转反射镜，第二法拉第旋转反射镜，移频器，第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器、数据采集卡和计算机。本发明专利技术装置能同时测量出激光器的噪声特性，包括激光器的强度噪声功率谱密度、相位噪声功率谱密度、频率噪声功率谱密度、线宽和频率不稳定性的阿仑方差，具有集成度高，结构较简洁的特点，不需要额外的主动控制手段，对待测激光没有任何限制，提高了激光器噪声特性测量的可信度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光器，特别是一种激光器噪声特性的测量装置。
技术介绍
由于激光器随时受到增益介质的自发辐射、谐振腔共振频率以及损耗的微扰、抽运效率的微扰、环境温度变化以及振动等因素的影响，激光输出光场的强度和相位就会存在起伏波动，同时频率是相位的微分，因此频率也存在波动，这种波动就构成激光器的强度和相位噪声。在相干激光通信、相干激光雷达等领域都需要所使用的激光光源具有严格的相位 (频率)稳定性，相位噪声的存在使激光器的相位(频率)稳定性降低，从而严重降低系统的测量灵敏度和准确性，因此完整测试激光器的噪声特性对于制作低噪声高稳定度的激光光源以及后续应用系统的设计和集成具有重要意义。激光器的强度波动可以直接探测，但是由于激光器的相位(频率)噪声特性并不能像激光器的功率一样可以进行直接测量，因为它描述的是激光光场相位的一种统计特性，具有多种表现形式，包括线宽和相位(频率)不稳定性的阿仑方差，两者分别是在频域和时域内笼统描述由于噪声的存在而导致的激光光谱线型的展宽程度。另外还有相位(频率)噪声功率谱密度，描述的是相位(频率)噪声的频率成份以及大小，因此它完整的描述了激光器的相位(频率)噪声特性，同时从相位(频率)噪声功率谱密度中还可以推导出线宽和相位(频率)不稳定性的阿仑方差。为了测量上述相位噪声特性的具体参数，人们提出了若干技术方案。在先技术之一T.Okoshi，K. Kikuchi, A. Nakayama. Novelmethod for high-resolution measurement of laser outputspectrum. Electronics Letters，1980，16 (16) :630_631，提出了延时自外差技术测量激光器的线宽，其基本原理是采用马赫-曾德干涉仪将激光相位或频率波动转换为光强度的变化。在干涉仪中，光场矢量与其时延信号相干涉，干涉信号由快速光电探测器探测，然后对记录的光电流做功率谱估计就可推算出激光器的线宽。该方法中所需要的时延长度需要大于被测激光的相干长度，故所需的光学延迟线(光纤)长度非常长 (2ΚΗζ的测量精度需要100公里量级的延迟光纤)，使得系统极易受到外界环境的影响；同时它只能测量出激光器的线宽，并不能得到相位(频率)噪声的分布特性。在先技术之二 :Edgard Goobar. A michelson interferometerwith balanced detection for the characterization of modulationand noise properties of semiconductor lasers. IEEE Journalof Quantum Electronics，1993，29 (4) 1116-1130，提出使用迈克尔逊干涉仪直接测试激光器的相位噪声功率谱密度，其基本原理是将激光器的相位噪声通过迈克尔逊干涉仪转化为强度波动，然后使用光电探测器将强度波动转化为光电流，再对光电流做功率谱估计得到相位噪声功率谱密度。该方案要能满足相位噪声到强度波动的转化条件，首先要求激光器本身的强度噪声很小，为可以忽略的水平，这大大限制了该方法的使用范围并且降低了其测量的可信度。另外该技术需要迈克尔逊干涉仪的两个臂工作于正交工作点状态，需要利用干涉仪的直流输出信号对干涉仪的臂长差进行主动反馈控制，提高了系统的复杂性，并限制了系统的低频测试能力。
技术实现思路
为了克服上述在先技术的缺点，提供一种激光器噪声特性的测量装置，该装置能同时测量出激光器的噪声特性，包括激光器的强度噪声功率谱密度、相位噪声功率谱密度、 频率噪声功率谱密度、线宽和频率不稳定性的阿仑方差，具有集成度高，结构较简洁的特点ο本专利技术的技术解决方案如下一种激光器噪声特性测量装置，包括激光器噪声波动的转化系统和探测处理系统。所述的转化系统由环形器、3X3耦合器、第一光开关、第二光开关、第一法拉第旋转反射镜、第二法拉第旋转反射镜构成并封装于一个隔热隔音隔振的壳体内，其连接关系如下所述的3X3耦合器的第一端口与所述的环形器的第二端口经光纤相连。该3X3 耦合器的第四端口通过光纤与第一光开关的输入端口相连，第一光开关输出端的第一到第 M个端口由M根不同长度的光纤一对一的与第二光开关输出端的第一到第M个端口相连，第二光开关的输入端口与所述的第一法拉第旋转反射镜相连，该3X3耦合器的第五端口通过光纤与所述的第二法拉第旋转反射镜相连，所述的环形器的第一端口、第三端口连接一段光纤至封装壳体外构成转化系统的第一输入端口、第二输出端口，所述的3 X 3耦合器的第六端口、第二端口和第三端口分别连接一段光纤至封装壳体外构成转化系统的第一、第三、第四输出端口，第一、第二光开关的控制端口分别连接一段控制电缆至封装壳体外构成转化系统的第二、第三输入端口 ；所述的探测处理系统由所述的第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器、数据采集卡和计算机构成。其中第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器的输入端分别与转化系统的第一、第二、第三、第四输出端口相连接，输出端与所述的数据采集卡连接。所述的数据采集卡与所述的计算机相连。所述的计算机还与转化系统的第二、第三输入端口相连。所述的计算机通过对第一光电探测器的光电流数据进行功率谱估计得到强度噪声功率谱密度。通过对由第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器的光电流数据解调出来的相位噪声波动进行功率谱估计得到相位噪声功率谱密度。再通过相位噪声功率谱密度计算得到频率噪声功率谱密度、线宽和频率不稳定性的阿仑方差。所述的3X3耦合器的第五端口通过光纤经移频器与所述的第二法拉第旋转反射镜相连。本专利技术的特点和优点是1、本专利技术能够同时测量描述激光器噪声特性的5个参数，所有信号都在一个耦合器的不同输出端获得，系统集成度高；2、本专利技术不需要对干涉仪进行主动反馈控制，而且对于3X3耦合器的分光比例和相位关系没有严格的限制条件，从而减少了系统的复杂性；3、本专利技术不需要对待测激光进行任何限制，所得结果可信度好；4、本专利技术可以改变频率分析的频谱范围，从而可以获得较宽频段范围的功率谱密度；5、本专利技术具有集成度高，结构较简洁的特点，不需要额外的主动控制手段，对待测激光没有任何限制，提高了激光器噪声特性测量的可信度。附图说明图1本专利技术的结构示意图；图2本专利技术的噪声波动转化系统实施例1的结构示意图；图3本专利技术的噪声波动转化系统实施例2的结构示意图；图4本专利技术的封装方案；图5本专利技术的延迟时间差异及仪器常数标定方案；图6本专利技术的数据处理算法流程。具体实施例方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。先请参阅图1，图1是本专利技术光器噪声特性测量装置的结构示意图，由图可见， 本专利技术激光器噪声特性的测量装置，包括激光器噪声波动的转化系统40和探测处理系统 400，其中探测处理系统由第一光电探测器7、第二光电探测器8、第三光电探测器9、第四光电探测器10、数据采集卡51和计算机52构成，其连接关系如下第一光电探测器7、第二光电探测器8、第三光电探测器9、第四光电探测器10的输入端分别与转化系统的第一输出端本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种激光器噪声特性的测量装置，特征在于其构成包括激光器噪声波动的转化系统（４０）和探测处理系统（４００）：所述的转化系统（４０）由环形器（１）、３×３耦合器（２）、第一光开关（３１１）和第二光开关（３１２）、第一法拉第旋转反射镜（４）和第二法拉第旋转反射镜（５）构成并封装于隔热隔音隔振的壳体（４１）中，其连接关系如下：所述的３×３耦合器（２）的第一端口（２１）与所述的环形器（１）的第二端口（１２）经光纤相连。该３×３耦合器（２）的第四端口（２４）通过光纤与第一光开关（３１１）的输入端口（３１１０）相连，第一光开关（３１１）输出端的第一（３１１１）到第Ｍ（３１１Ｍ）个端口由Ｍ根不同长度的光纤（３１３、３１４）一对一的与第二光开关（３１２）输出端的第一（３１２１）到第Ｍ（３１２Ｍ）个端口相连，第二光开关（３１２）、第三光电探测器（９）、第四光电探测器（１０）的光电流数据解调出来的相位噪声波动进行功率谱估计得到相位噪声功率谱密度。所述的计算机（５２）相连，所述的计算机（５２）还与所述的转化系统的第二输入端口（４０６）、第三输入端口（４０７）相连；所述的计算机（５２）通过对第一光电探测器（７）的光电流数据进行功率谱估计得到强度噪声功率谱密度，通过对由第二光电探测器（８０２）、第二输出端口（４０３）、第三输出端口（４０４）和第四输出端口（４０５）相连接，第一光电探测器（７）、第二光电探测器（８）、第三光电探测器（９）、第四光电探测器（１０）的输出端与所述的数据采集卡（５１）连接，所述的数据采集卡（５１）与）、第三光电探测器（９）、第四光电探测器（１０）、数据采集卡（５１）和计算机（５２）构成，其连接关系如下：第一光电探测器（７）、第二光电探测器（８）、第三光电探测器（９）和第四光电探测器（１０）的输入端分别与所述的转化系统的第一输出端口（４一光开关（３１１）的控制端口（３３）和第二光开关（３１２）的控制端口（３４）分别连接一段控制电缆至封装壳体外构成转化系统的第二输入端口（４０６）、第三输入端口（４０７）；所述的探测处理系统（４００）由第一光电探测器（７）、第二光电探测器（８一输入端口（４０１）和第二输出端口（４０３），所述的３×３耦合器（２）的第六端口（２６）、第二端口（２２）和第三端口（２３）分别连接一段光纤至封装壳体外构成转化系统的第一输出端口（４０２）、第三输出端口（４０４）和第四输出端口（４０５），第）的输入端口（３１２０）与所述的第一法拉第旋转反射镜（４）相连，该３×３耦合器（２）的第五端口２５通过光纤与所述的第二法拉第旋转反射镜５相连，所述的环形器（１）的第一端口（１１）和第三端口（１３）分别连接一段光纤至封装壳体外构成转化系统的第...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨飞，蔡海文，陈迪俊，瞿荣辉，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。