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      窄線寬激光的特性與應用 - 筱曉光子AOL實驗室① 2022-07-04

      激光器線寬,尤其是單頻激光器的線寬,是指其光譜的寬度(通常指半高全寬,FWHM),以我們的一款1550nm寬光譜激光器(SLD)為例,測量它一半高度的光譜寬度,就是這個激光器的線寬,大約為40nm。



      微信圖片_20220704104533.png




      窄線寬激光器的激光線寬在kHz量級,光譜呈針尖狀,廣泛用于傳感,雷達,測試測量,通信以及常規研究等應用。目前,市面上的光譜儀沒有哪一款分辨率是可以到kHz量級的。所以,用光譜儀直接測量窄線寬激光器線寬,是不可能測量出窄線寬激光器真正的光譜形狀的。比如說,我們的DFB激光器,激光線寬應在2MHz,用光譜儀直接測量其光譜形狀如下。然而,光譜儀顯示激光器的線寬(3.0dB Width)為0.078nm,與實際情況相差甚遠。這是因為我們使用的光譜儀本身的分辨率(Res)是0.07nm,它不可能測量出小于它本身分辨率的寬度。因此,這個0.078nm不是激光器的線寬,而是光譜儀自身的最小測量寬度。



      微信圖片_20220704104610.png




      那么,如何測量窄線寬激光器真實的線寬呢?我們有許多間接的手段可以把窄線寬激光器的線寬呈現出來。




      線寬測量方法:



      微信圖片_20220704104625.png


       線寬測試系統圖 




      我們采用延時自外差法對其線寬進行了測量,它是一種精準測量單縱模窄線寬激光器線寬較好的方法。對于延時自外差法系統,激光器發出的光波經耦合器分成兩路,一路經過光纖延遲線,另一路經過聲光調制器進行移頻,兩路光波自身光頻非常大(可高達幾百太赫茲以上),但是經過移頻,頻移量有幾十到幾百兆赫茲,此時兩路光頻相差僅為頻移量,遠遠小于光波本身頻率,滿足拍頻條件。頻譜分析儀測量的為相干疊加后得到的光電流譜線,此時可從延時光電流譜線測定窄線寬激光器的線寬。下圖是我們近期對窄線寬激光的測試結果。測量-20dB處的線寬,然后除以20,也就是1.7kHz,就是激光器的線寬。




      微信圖片_20220704104643.png


       窄線寬激光器線寬測試圖 




      微信圖片_20220704104700.png


       LD-PD RIO相位噪聲對比圖 




      DVS系統:

      DVS系統,是光纖分布式振動傳感系統,是將光纖本身作為傳感器件,反饋光纖在不同位置的振動,溫度,應力等變量,并實現精確定位的系統。這種系統采用的是φ-OTDR技術,對激光光源的線寬要求很高,最好要達到kHz量級。下圖是我們之前使用RIO窄線寬激光器研發的DVS低成本系統。使用的激光線寬越窄,識別的振動位置精度就越高。




      微信圖片_20220704104714.png


       DVS系統示意圖 










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