一種激光器線寬測(cè)量方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光器線寬測(cè)量方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖激光器具有轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、光束質(zhì)量?jī)?yōu)良等特點(diǎn)，在工業(yè)、國(guó)防等領(lǐng) 域具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著大模場(chǎng)雙包層光纖和高亮度泵浦源技術(shù)的發(fā)展，光纖激光器 的輸出功率迅速提高。為了獲得更高的激光輸出功率，提出了合成技術(shù)，即將多路激光合成 一路輸出，例如相干合成、光譜合成，而窄線寬激光器是這些高功率激光合成系統(tǒng)的前提。 另外，窄線寬激光器在光纖通信網(wǎng)絡(luò)、光纖傳感、高精度光譜等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。
[0003] 窄線寬激光器通常是指線寬小于0.lnm的激光器。對(duì)于窄線寬激光器，其輸出譜 線的線寬是衡量激光器性能的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)的激光器，一般采用光譜儀進(jìn)行譜線分析，其 波長(zhǎng)掃描范圍寬，動(dòng)態(tài)范圍大，但是目前光頻譜分析儀的分辨率最高為〇. 〇2nm，已無(wú)法準(zhǔn)確 測(cè)量GHZ線寬的譜線，更不可能測(cè)量線寬為兆赫茲、千赫茲的窄線寬激光器。
[0004] 針對(duì)窄線寬激光器線寬的測(cè)量，目前主要是基于光外差法。光外差法的基本原理 是兩束波長(zhǎng)相近的光波耦合到光探測(cè)器中混頻，從而產(chǎn)生中頻電信號(hào)，頻率由兩束光的波 長(zhǎng)差決定，通過(guò)對(duì)自相關(guān)函數(shù)進(jìn)行傅里葉變換即可得到光電流的譜密度。光外差法分為雙 光束外差法和延時(shí)自外差法。雙光束外差法由于需要兩個(gè)激光器，并且對(duì)激光器的頻率、幅 度等穩(wěn)定性有十分苛刻的要求，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)復(fù)雜，所以目前通常采用的是延時(shí)自外差法。延時(shí) 自外差法包括了延時(shí)零拍自外差法和延時(shí)非零拍自外差法。延時(shí)自外差法的基本原理是將 一路入射光分為兩路，將其中一路光延時(shí)后，使兩路光相拍，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換，得到相拍后的光 電流譜線，從而確定出激光器的線寬。延時(shí)零拍自外差法的系統(tǒng)工作在零拍狀態(tài)，系統(tǒng)光路 簡(jiǎn)單，但是較容易引入由于周圍環(huán)境引起的變動(dòng)，使得整個(gè)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境要求比較高。因此， 發(fā)展出了延時(shí)非零拍自外差法。延時(shí)非零拍外差法是通過(guò)調(diào)制光源或光路，使信號(hào)光和參 考光產(chǎn)生一定的頻率差，發(fā)生干涉后產(chǎn)生的拍頻位于非零頻的中頻附近，避免了周圍環(huán)境 對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)的低頻干擾，但是導(dǎo)致系統(tǒng)比較復(fù)雜，對(duì)實(shí)驗(yàn)精確性和成本的要求都很高。
[0005] 近年來(lái)，又提出一種利用非平衡光纖干涉儀相位噪聲測(cè)量并計(jì)算線寬的方法，通 過(guò)分析短程差非平衡干涉儀相位噪聲與窄線寬激光器的光頻噪聲的關(guān)系，得到了激光器的 光波功率頻譜和線寬。另外，還提出了使用布里淵光纖環(huán)形激光器產(chǎn)生的二階斯托克斯光 作為參考光測(cè)量超窄線寬的新方法。該方法測(cè)量精度高，但是最大的限制是不能測(cè)量線寬 較寬的激光器，而且要獲得二階斯托克斯光需要較大的注入功率，對(duì)于低功率的激光器無(wú) 法實(shí)現(xiàn)測(cè)試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種激光器線寬測(cè) 量方法及系統(tǒng)，相比于現(xiàn)有技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方法易于實(shí)現(xiàn)，尤其適用于窄線寬激光器 線寬的測(cè)量。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是，提供一種激光器線寬測(cè)量方法，所 述方法包括以下步驟：
[0008]S1、將待測(cè)激光光束進(jìn)行聚焦，測(cè)量焦平面上的光斑大小值為c^，獲得待測(cè)激光 光束的初始發(fā)散角
，f?為焦距；
[0009]S2、將所述待測(cè)激光束進(jìn)行光柵衍射得到-1級(jí)衍射光，將所述-1級(jí)衍射光聚 焦后，測(cè)量焦平面上的光斑大小值為《'，獲得光柵衍射后待測(cè)激光光束的發(fā)散角0'，
[0010]S3、計(jì)算所述待測(cè)測(cè)激光光束的線寬AA=A0 ?d?cos9，其中，d為光柵常 數(shù)，0為光柵衍射角，所述光柵衍射后待測(cè)激光光束的發(fā)散角的增大量A0 = 0'-00
[0011] 相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種用于實(shí)現(xiàn)激光器線寬測(cè)量方法的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 沿激光器出射光路依次放置的衍射光柵、聚焦裝置、和光斑測(cè)量裝置，所述聚焦裝置用于聚 焦激光光束，所述光斑測(cè)量裝置用于測(cè)量焦平面上的光斑大小。
[0012] 因此，本發(fā)明可以獲得以下的有益效果：本發(fā)明方法利用光柵的衍射原理，具有一 定的譜寬度的光束，通過(guò)衍射光柵色散后，光束的發(fā)散角會(huì)增大，通過(guò)測(cè)量由色散引起的發(fā) 散角的增大量，從而獲得窄線寬激光器的線寬，解決了窄線寬激光器線寬測(cè)量的問(wèn)題，與傳 統(tǒng)的光外差法測(cè)量線寬的技術(shù)相比，本發(fā)明方法及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，為工程上實(shí)現(xiàn) 精確測(cè)量窄線寬激光器的線寬提供了行之有效的方法。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為本發(fā)明激光器線寬測(cè)量方法流程示意圖；
[0014] 圖2為本發(fā)明激光器線寬測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中激光器線寬測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0017] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種激光器線寬測(cè)量方法，方法包括以下步驟：
[0018]S1、測(cè)量被測(cè)光束的初始發(fā)散角。將被測(cè)光束通過(guò)焦距為f的透鏡聚焦后，采用光 斑尺寸測(cè)量裝置測(cè)量焦平面上的光斑大小，測(cè)量的光斑大小值為則光束的初始發(fā)散角 為！
[0019]S2、測(cè)量被測(cè)光束通過(guò)衍射光柵后的發(fā)散角。光柵優(yōu)選采用閃耀光柵，激光束以一 定的角度入射到光柵，測(cè)量-1級(jí)衍射光的發(fā)散角。將-1級(jí)衍射光通過(guò)焦距為f?的透鏡聚 焦后，采用光斑尺寸測(cè)量裝置測(cè)量焦平面上的光斑大小，測(cè)量的光斑大小值為《'，則衍射 后光束的發(fā)散角為
[0020] S3、計(jì)算光束通過(guò)光柵衍射后光束發(fā)散角的增大量。由于光束具有一定的譜寬度， 通過(guò)衍射光柵色散后，光束的發(fā)散角會(huì)增大，即由色散引起的發(fā)散角的增大量為A0 = e，-e0;
[0021]S4、計(jì)算光束的線寬。光柵的衍射方程為
，對(duì)波長(zhǎng)取微分則 有
，其中妒為入射角，0為衍射角，d為光柵常數(shù)。通過(guò)上述測(cè)量得到的A0， 可以計(jì)算得出光束的線