基于光電反饋的短延時激光器線寬測量系統及其測量方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于光電反饋的短延時激光器線寬測量系統，思路為：激光器用于獲取激光信號s(t)，光功率分束器激光信號s(t)轉化為兩路激光信號，得到參考光信號0.5s(t)和測量光信號0.5s(t)；延時光纖對測量光信號0.5s(t)進行相位偏移，得到相位偏移后的測量光信號s1(t)，光學耦合器對s1(t)和參考光信號0.5s(t)進行耦合，得到合路激光信號sc(t)，光電探測器對sc(t)進行光電轉換，得到合路電信號Id(t)，放大器放大Id(t)，得到放大后的合路電信號Vd(t)，低通濾波器對Vd(t)進行低通濾波，得到低通濾波后的合路電信號Vf(t)，壓流轉換器包含設定的預置電信號Vpre(t)，將Vf(t)和Vpre(t)相加后進行電壓到電流的轉換，得到電流信號，并將所述電流信號作為激光器的工作電流發送至激光器，獲得激光信號s(t)的相位噪聲，進而計算激光信號s(t)的相位噪聲功率譜的3dB線寬。
【專利說明】
基于光電反饋的短延時激光器線寬測量系統及其測量方法
技術領域
[0001] 本發明屬于光電子技術領域，特別涉及一種基于光電反饋的短延時激光器線寬測 量系統及其測量方法，適用于光電閉環反饋機制的設計，以及實現窄線寬激光器的線寬測 量。
【背景技術】
[0002] 近年來，基于激光器的通信研究已經成為一個熱門領域，其中窄線寬光纖激光器 因其線寬窄、噪聲低、抗電磁干擾、安全和可遠程控制等特性，廣泛應用于光纖通信、光纖傳 感、材料技術等領域。
[0003] 早期分布式反饋激光器(DFB)和分布式布拉格反射(DBR)激光器地線寬均在10MHZ 量級，采用外腔技術大大壓窄光譜線寬后，激光器線寬能夠達到甚至低于千赫茲量級;對于 傳統光源，一般采用光譜分析儀進行譜線分析，光譜分析儀采用掃描衍射光柵作為選頻濾 波器，其波長掃描范圍寬、動態范圍大，但波長分辨率僅限制在十幾皮米(大于1GHZ)，因此 用光譜分析儀對千赫茲量級的窄線寬光纖激光器進行分析是很困難的。
[0004] 常用的兩種測量線寬的方法是雙光束外差法和延時自外差法，雙光束外差法需要 兩個激光器并且需要使用聲光調制器，實驗系統復雜;延時自外差法只需要一個光源，測試 環境簡單，具有更好的穩定性，但是隨著激光線寬越來越窄，延時需要使用的光纖造成激光 器所在系統體積大、使用不便且成本較大，而且隨著光纖長度的增加，激光器所在系統的光 路又會產生新的問題，如光路引入損耗、偏振等。
【發明內容】
[0005] 針對以上現有技術存在的不足，本發明的目的在于提出一種基于光電反饋的短延 時激光器線寬測量系統及其測量方法，其中基于光電反饋的短延時激光器線寬測量系統基 于光電反饋的短延時快速激光器和閉環反饋，所述光電反饋的短延時激光器線寬測量方法 基于光電反饋的短延時激光器線寬測量系統，能夠實現在短光纖延時條件下快速完成窄線 寬激光器的線寬測量。
[0006] 為達到上述技術目的，本發明采用如下技術方案予以實現。
[0007] 技術方案一：
[0008] -種基于光電反饋的短延時激光器線寬測量系統，包括:激光器、光功率分束器、 延時光纖、光學耦合器、光電探測器、放大器、低通濾波器和壓流轉換器；
[0009] 激光器包含激光輸入端和激光輸出端，光功率分束器包含第一光束輸出端、第二 光束輸出端和光束輸入端，延時光纖包含延時輸入端和延時輸出端，光學親合器包含第一 光親合輸入端、第二光親合輸入端和光親合輸出端，光電探測器包含光電信號輸入端和光 電信號輸出端，放大器包含傳輸信號輸入端和傳輸信號輸出端，低通濾波器包含低通濾波 輸入端和低通濾波輸出端，壓流轉換器包含壓流輸入端和壓流輸出端；
[0010] 激光器的激光輸出端連接光功率分束器的光束輸入端，光功率分束器的第一光束 輸出端連接延時光纖的延時輸入端，光功率分束器的第二光束輸出端連接光學耦合器的第 二光親合輸入端，延時光纖的延時輸出端連接光學親合器的第一光親合輸入端，光學親合 器的光親合輸出端連接光電探測器的光電信號輸入端，光電探測器的光電信號輸出端連接 放大器的傳輸信號輸入端，放大器的傳輸信號輸出端連接低通濾波器的低通濾波輸入端， 低通濾波器的低通濾波輸出端連接壓流轉換器的壓流輸入端，壓流轉換器的壓流輸出端連 接激光器的激光輸入端；
[0011] 所述激光器用于獲取激光信號S(t)，并將激光信號s(t)發送至光功率分束器；
[0012] 所述光功率分束器用于接收激光器發送過來的激光信號s(t)，并將所述激光信號 s(t)轉化為兩路激光信號，且將其中一路激光信號作為參考光信號，另一路激光信號作為 測量光信號，所述兩路激光信號分別為〇.5s(t)，然后將參考光信號0.5s(t)發送至光學耦 合器，將測量光信號〇. 5s (t)發送至延時光纖；
[0013] 所述延時光纖用于接收光功率分束器發送過來的測量光信號0.5s(t)，并對所述 測量光信號〇.5s(t)進行相位偏移，得到相位偏移后的測量光信號sl(t)，然后將所述相位 偏移后的測量光信號sl(t)發送至光學耦合器；
[0014] 所述光學耦合器分別用于接收延時光纖發送過來的相位偏移后的測量光信號si (t)，和光功率分束器發送過來的參考光信號0.5s(t)，并對所述相位偏移后的測量光信號 sl(t)和所述參考光信號0.5s(t)進行耦合，得到合路激光信號sc(t)，然后將所述合路激光 信號sc(t)發送至光電探測器；
[0015] 所述光電探測器用于接收光學耦合器發送過來的合路激光信號sc(t)，并對所述 合路激光信號sc(t)進行光電轉換，得到合路電信號Id(t)，然后將所述合路電信號Id(t)發 送至放大器；
[0016] 所述放大器用于接收并放大光電探測器發送過來的合路電信號Id(t)，得到放大 后的合路電信號Vd(t)，然后將所述放大后的合路電信號Vd(t)發送至低通濾波器；
[0017] 所述低通濾波器用于接收放大器發送過來的放大后的合路電信號Vd(t)，并對所 述放大后的合路電信號Vd(t)進行低通濾波，得到低通濾波后的合路電信號Vf(t)，然后將 所述低通濾波后的合路電信號Vf(t)發送至壓流轉換器；
[0018] 所述壓流轉換器用于接收低通濾波器發送過來的低通濾波后的合路電信號Vf (t)，并且所述壓流轉換器包含設定的預置電信號Vpre(t)，然后將所述低通濾波后的合路 電信號Vf(t)和所述設定的預置電信號Vpre(t)相加后進行電壓到電流的轉換，得到電流信 號，并將所述電流信號作為激光器的工作電流發送至激光器，獲得激光信號s(t)的相位噪 聲，并計算激光信號s(t)的相位噪聲功率譜的3dB線寬。
[0019] 技術方案二：
[0020] -種基于光電反饋的短延時激光器線寬測量方法，應用于一種基于光電反饋的短 延時激光器線寬測量系統，所述基于光電反饋的短延時激光器線寬測量系統包括:激光器、 光功率分束器、延時光纖、光學耦合器、光電探測器、放大器、低通濾波器和壓流轉換器，所 述基于光電反饋的短延時激光器線寬測量方法，包括以下步驟：
[0021] 步驟1，所述激光器獲取激光信號s(t)，并將激光信號s(t)發送至光功率分束器；
[0022] 所述光功率分束器接收激光器發送過來的激光信號s(t)，并將所述激光信號s(t) 轉化為兩路激光信號，且將其中一路激光信號作為參考光信號，另一路激光信號作為測量 光信號，所述兩路激光信號分別為〇.5s(t)，然后將參考光信號0.5s(t)發送至光學親合器， 將測量光信號〇. 5s (t)發送至延時光纖；
[0023] 所述延時光纖接收光功率分束器發送過來的測量光信號0.5s(t)，并對所述測量 光信號0.5s(t)進行相位偏移，得到相位偏移后的測量光信號sl(t)，然后將所述相位偏移 后的測量光信號sl(t)發送至光學耦合器；
[0024] 步驟2,所述光學耦合器分別接收延時光纖發送過來的相位偏移后的測量光信號 si(t)，和光功率分束器發送過來的參考光信號0.5s(t)，并對所述相位偏移后的測量光信 號sl(t)和所述參考光信號0.5s(t)進行耦合，得到合路激光信號sc(t)，然后將所述合路激 光信號sc(t)發送至光電探測器；
[0025] 步驟3,所述光電探測器接收光學耦合器發送過來的合路激光信號sc(t)，并對所 述合路激光信號sc(t)進行光電轉換，得到合路電信號Id(t)，然后將所述合路電信號Id(t) 發送至放大器；
[0026] 步驟4,所述放大器接收并放大光電探測器發送過來的合路電信號Id(t)，得到放 大后的合路電信號Vd(t)，然后將所述放大后的合路電信號Vd(t)發送至低通濾波器；
[0027] 步驟5,所述低通濾波器接收放大器發送過來的放大后的合路電信號Vd(t)，并對 所述放大后的合路電信號Vd(t)進行低通濾波，得到低通濾波后的合路電信號Vf(t)，然后 將所述低通濾波后的合路電信號Vf(t)發送至壓流轉換器；
[0028] 所述壓流轉換器接收低通濾波器發送過來的低通濾波后的合路電信號Vf(t)，并 且所述壓流轉換器包含設定的預置電信號Vpre(t)，然后將所述低通濾波后的合路電信號 Vf(t)和所述設定的預置電信號Vpre(t)相加后進行電壓到電流的轉換，得到電流信號，并 將所述電流信號作為激光器的工作電流發送至激光器，獲得激光信號s(t)的相位噪聲 Δρ(?,〇 ;其中，t為時間變量，τ為延遲量；
[0029] 步驟6,對獲得激光信號s(t)的相位噪聲進行功率譜估計，得到激光信號s (t)的相位噪聲功率譜的3dB線寬;其中，t為時間變量，τ為延遲量。
[0030] 本發明的有益效果：
[0031 ]本發明系統基于延時自外差法，其優勢在于通過引入光電閉環反饋能夠實現在短 光纖延時條件下快速完成窄線寬激光器的線寬測量，基于延時自外差法進行了改進，并通 過引入負反饋機制;本發明方法特征在于引入光電閉環反饋系統，其中引入的光電閉環反 饋能夠自動調節激光器的驅動電流，調整激光器的輸出頻率，進而實現在較短光纖延時的 條件下快速完成窄線寬激光器的線寬測量。
【附圖說明】
[0032]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明。
[0033] 圖1是本發明的一種基于光電反饋的短延時激光器線寬測量系統框圖；
[0034] 圖2是激光器輸出頻率隨驅動電流的變化示意圖。
【具體實施方式】
[0035] 參照圖1，為本發明的一種基于光電反饋的短延時激光器線寬測量系統框圖，所述 基于光電反饋的短延時激光器線寬測量系統，包括:激光器、光功率分束器、延時光纖、光學 耦合器、光電探測器、放大器、低通濾波器和壓流轉換器；
[0036] 激光器包含激光輸入端和激光輸出端，光功率分束器包含第一光束輸出端、第二 光束輸出端和光束輸入端，延時光纖包含延時輸入端和延時輸出端，光學親合器包含第一 光親合輸入端、第二光親合輸入端和光親合輸出端，光電探測器包含光電信號輸入端和光 電信號輸出端，放大器包含傳輸信號輸入端和傳輸信號輸出端，低通濾波器包含低通濾波 輸入端和低通濾波輸出端，壓流轉換器包含壓流輸入端和壓流輸出端；
[0037] 激光器的激光輸出端連接光功率分束器的光束輸入端，光功率分束器的第一光束 輸出端連接延時光纖的延時輸入端，光功率分束器的第二光束輸出端連接光學耦合器的第 二光親合輸入端，延時光纖的延時輸出端連接光學親合器的第一光親合輸入端，光學親合 器的光親合輸出端連接光電探測器的光電信號輸入端，光電探測器的光電信號輸出端連接 放大器的傳輸信號輸入端，放大器的傳輸信號輸出端連接低通濾波器的低通濾波輸入端， 低通濾波器的低通濾波輸出端連接壓流轉換器的壓流輸入端，壓流轉換器的壓流輸出端連 接激光器的激光輸入端；
[0038] 所述激光器用于獲取激光信號s(t)，并將激光信號s(t)發送至光功率分束器；
[0039] 所述光功率分束器用于接收激光器發送過來的激光信號s(t)，并將所述激光信號 s(t)轉化為兩路激光信號，且將其中一路激光信號作為參考光信號，另一路激光信號作為 測量光信號，所述兩路激光信號分別為〇.5s(t)，然后將參考光信號0.5s(t)發送至光學耦 合器，將測量光信號〇. 5s (t)發送至延時光纖；
[0040] 所述延時光纖用于接收光功率分束器發送過來的測量光信號0.5s(t)，并對所述 測量光信號〇.5s(t)進行相位偏移，得到相位偏移后的測量光信號sl(t)，然后將所述相位 偏移后的測量光信號sl(t)發送至光學耦合器；
[0041] 所述光學耦合器分別用于接收延時光纖發送過來的相位偏移后的測量光信號Si (t)，和光功率分束器發送過來的參考光信號0.5s(t)，并對所述相位偏移后的測量光信號 sl(t)和所述參考光信號0.5s(t)進行耦合，得到合路激光信號sc(t)，然后將所述合路激光 信號sc(t)發送至光電探測器；
[0042] 所述光電探測器用于接收光學耦合器發送過來的合路激光信號sc(t)，并對所述 合路激光信號sc(t)進行光電轉換，得到合路電信號Id(t)，然后將所述合路電信號Id(t)發 送至放大器；
[0043] 所述放大器用于接收并放大光電探測器發送過來的合路電信號Id(t)，得到放大 后的合路電信號Vd(t)，然后將所述放大后的合路電信號Vd(t)發送至低通濾波器；
[0044] 所述低通濾波器用于接收放大器發送過來的放大后的合路電信號Vd(t)，并對所 述放大后的合路電信號Vd(t)進行低通濾波，得到低通濾波后的合路電信號Vf(t)，然后將 所述低通濾波后的合路電信號Vf(t)發送至壓流轉換器；
[0045] 所述壓流轉換器用于接收低通濾波器發送過來的低通濾波后的合路電信號Vf (t)，并且所述壓流轉換器包含設定的預置電信號Vpre(t)，然后將所述低通濾波后的合路 電信號Vf(t)和所述設定的預置電信號Vpre(t)相加后進行電壓到電流的轉換，得到電流信 號，并將所述電流信號作為激光器的工作電流發送至激光器，獲得激光信號s(t)的相位噪 聲，并計算激光信號s(t)的相位噪聲功率譜的3dB線寬。
[0046] -種基于光電反饋的短延時激光器線寬測量方法，應用于一種基于光電反饋的短 延時激光器線寬測量系統，所述基于光電反饋的短延時激光器線寬測量系統包括:激光器、 光功率分束器、延時光纖、光學耦合器、光電探測器、放大器、低通濾波器和壓流轉換器，所 述基于光電反饋的短延時激光器線寬測量方法，包括以下步驟：
[0047] 步驟1，所述激光器獲取激光信號s(t)，并將激光信號s(t)發送至光功率分束器；
[0048] 所述光功率分束器接收激光器發送過來的激光信號s(t)，并將所述激光信號s(t) 轉化為兩路激光信號，且將其中一路激光信號作為參考光信號，另一路激光信號作為測量 光信號，所述兩路激光信號分別為〇.5s(t)，然后將參考光信號0.5s(t)發送至光學親合器， 將測量光信號〇. 5s (t)發送至延時光纖；
[0049] 所述延時光纖接收光功率分束器發送過來的測量光信號0.5s(t)，并對所述測量 光信號0.5s(t)進行相位偏移，得到相位偏移后的測量光信號sl(t)，然后將所述相位偏移 后的測量光信號sl(t)發送至光學耦合器。
[0050] 具體地，所述激光器為分布式反饋(DFB)激光器，使用DFB激光器工作范圍內的恒 定電流驅動DFB激光器，得到激光信號s(t)，其表達式為：
[0051] s(t) =Acos(2jrf〇t+ Φ (t)) (1)
[0052] 其中，A為激光信號s(t)的幅度，fo為激光信號s(t)的中心頻率，Φ(〇為激光信號 s (t)的初始相位，t為時間變量。
[0053] 所述光功率分束器為1分2光分束器，所述相位偏移后的測量光信號s 1 (t )，其表達 式為：
[0054] sl(t)=A cos(23rf〇(t-x)+φ (t-τ)) (2)
[0055] 其中，A為激光信號s(t)的幅度，fo為激光信號s(t)的中心頻率，Φ(〇為激光信號 s (t)的初始相位，t為時間變量，τ為延遲量。
[0056] 將參考光信號0.5s(t)表示為s2(t)，其表達式為：
[0057] s2(t)=A cos(2jrf〇t+Φ (t)) (3)
[0058] 步驟2,所述光學耦合器分別接收延時光纖發送過來的相位偏移后的測量光信號 si(t)，和光功率分束器發送過來的參考光信號0.5s(t)，并對所述相位偏移后的測量光信 號sl(t)和所述參考光信號0.5s(t)進行耦合，得到合路激光信號sc(t)，然后將所述合路激 光信號sc(t)發送至光電探測器。
[0059] 具體地，所述光電耦合器為2X2耦合器，并且所述合路激光信號sc(t)，其表達式 為：
[0060] sc(t) =sl(t)+s2(t) (4)
[0061] 步驟3,所述光電探測器接收光學耦合器發送過來的合路激光信號sc(t)，并對所 述合路激光信號sc(t)進行光電轉換，得到合路電信號Id(t)，然后將所述合路電信號Id(t) 發送至放大器。
[0062] 具體地，所述合路電信號Id(t)，其表達式為：
[0064] 其中，Kd為光電探測器的探測效率，A為激光信號s⑴的幅度，fo為激光信號s(t)的中心 頻率，φ⑴為激光信號s(t)的初始相位，t為時間變量，τ為延遲量，si⑴為相位偏移后的測量光 信號，s 2 (t)為參考光信號0.5 s (t);由于式(5)中的和頻項IA2_ cos(2；r/"i+列/押私(? 7)+辦z - r)) 的頻率太高，超出了光電探測器的響應頻率范圍，所以在得到合路電信號Id(t)的推導中忽 略和頻項，且在實際應用中，（5)式中第一項和第二項是常數項，對光電探測器的探測結果 無作用，可以濾除。
[0065] 步驟4,所述放大器接收并放大光電探測器發送過來的合路電信號Id(t)，得到放 大后的合路電信號Vd(t)，然后將所述放大后的合路電信號Vd(t)發送至低通濾波器。
[0066]具體地，所述放大后的合路電信號Vd(t)，其表達式為：
[0068] 其中，Δ_Χ，.7):為激光信號s⑴的相位噪聲，=:_挪).-供《l:，Kd為光電 探測器的探測效率，A為激光信號s(t)的幅度，fo為激光信號s(t)的中心頻率，Φ (t)為激光 信號s( t)的初始相位，t為時間變量，τ為延遲量，K = KdR，R為設定的壓流轉換比例；為了提 高檢測后的信噪比，采用外差平衡探測的方法得到放大后的合路電信號Vd(t)，所述外差平 衡探測的方法能夠消除共同噪聲。
[0069] 步驟5,所述低通濾波器接收放大器發送過來的放大后的合路電信號Vd(t)，并對 所述放大后的合路電信號Vd(t)進行低通濾波，得到低通濾波后的合路電信號Vf(t)，然后 將所述低通濾波后的合路電信號Vf(t)發送至壓流轉換器；
[0070] 所述壓流轉換器用于接收低通濾波器發送過來的低通濾波后的合路電信號Vf (t)，并且所述壓流轉換器包含設定的預置電信號Vpre(t)，然后將所述低通濾波后的合路 電信號Vf(t)和所述設定的預置電信號Vpre(t)相加后進行電壓到電流的轉換，得到電流信 號，并將所述電流信號作為激光器的工作電流發送至激光器，獲得激光信號s(t)的相位噪 聲Δ糾Λ T);其中，t為時間變量，τ為延遲量。
[0071] 具體地，所述低通濾波器用于接收放大器發送過來的放大后的合路電信號Vd(t)， 并對所述放大后的合路電信號Vd(t)進行低通濾波進而濾掉噪聲部分后，得到低通濾波后 的合路電信號Vf(t)。
[0072] 所述壓流轉換器用于接收低通濾波器發送過來的低通濾波后的合路電信號Vf (t)，并且所述壓流轉換器包含設定的預置電信號Vpre(t)，然后將所述低通濾波后的合路 電信號Vf(t)和所述設定的預置電信號Vpre(t)相加后進行電壓到電流的轉換，得到電流信 號，并將所述電流信號作為激光器的驅動電流。
[0073] 參照圖2,為激光器輸出頻率隨驅動電流的變化示意圖；所述驅動電流能夠自動鎖 定參考光和測量光兩路之間的相位差，使的C〇S23if QT = 〇,即激光器產生的中心頻率為滿足
條件的特定值，進而得到所述放大后的合路電信號Vd(t)的優化形式Vd(t)， v(/⑴=夂/?2△州，通過對放大后的合路電信號Vd(t)的優化形式vd(t)進行測量就能夠獲 得激光信號s (t)的相位噪聲Δ舛?, 其中，t為時間變量，τ為延遲量。
[0074] 步驟6,對激光信號s(t)的相位噪聲進行功率譜估計，得到激光信號s(t) 的相位噪聲功率譜的3dB線寬;其中，t為時間變量，τ為延遲量。
[0075] 具體地，根據激光信號s(t)的相位噪聲Δρ(/,Γ)，計算得到激光信號s(t)的相位噪 聲的功率譜ΑΜ?)，Δ舛幼=_[進而獲得激光信號 s(t)的相位噪聲功率譜 的3dB線寬;其中，ω為激光信號s(t)的相位噪聲的功率譜角頻率。
[0076] 顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精 神和范圍；這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍 之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
【主權項】
1. 一種基于光電反饋的短延時激光器線寬測量系統，其特征在于，包括:激光器、光功 率分束器、延時光纖、光學禪合器、光電探測器、放大器、低通濾波器和壓流轉換器； 激光器包含激光輸入端和激光輸出端，光功率分束器包含第一光束輸出端、第二光束 輸出端和光束輸入端，延時光纖包含延時輸入端和延時輸出端，光學禪合器包含第一光禪 合輸入端、第二光禪合輸入端和光禪合輸出端，光電探測器包含光電信號輸入端和光電信 號輸出端，放大器包含傳輸信號輸入端和傳輸信號輸出端，低通濾波器包含低通濾波輸入 端和低通濾波輸出端，壓流轉換器包含壓流輸入端和壓流輸出端； 激光器的激光輸出端連接光功率分束器的光束輸入端，光功率分束器的第一光束輸出 端連接延時光纖的延時輸入端，光功率分束器的第二光束輸出端連接光學禪合器的第二光 禪合輸入端，延時光纖的延時輸出端連接光學禪合器的第一光禪合輸入端，光學禪合器的 光禪合輸出端連接光電探測器的光電信號輸入端，光電探測器的光電信號輸出端連接放大 器的傳輸信號輸入端，放大器的傳輸信號輸出端連接低通濾波器的低通濾波輸入端，低通 濾波器的低通濾波輸出端連接壓流轉換器的壓流輸入端，壓流轉換器的壓流輸出端連接激 光器的激光輸入端； 所述激光器用于獲取激光信號S(t)，并將激光信號s(t)發送至光功率分束器； 所述光功率分束器用于接收激光器發送過來的激光信號S(t)，并將所述激光信號s(t) 轉化為兩路激光信號，且將其中一路激光信號作為參考光信號，另一路激光信號作為測量 光信號，所述兩路激光信號分別為〇.5s(t)，然后將參考光信號0.5s(t)發送至光學禪合器， 將測量光信號0.5s (t)發送至延時光纖； 所述延時光纖用于接收光功率分束器發送過來的測量光信號〇.5s(t)，并對所述測量 光信號0.5s(t)進行相位偏移，得到相位偏移后的測量光信號sl(t)，然后將所述相位偏移 后的測量光信號sl(t)發送至光學禪合器； 所述光學禪合器分別用于接收延時光纖發送過來的相位偏移后的測量光信號sl(t)， 和光功率分束器發送過來的參考光信號〇.5s(t)，并對所述相位偏移后的測量光信號sl(t) 和所述參考光信號〇.5s(t)進行禪合，得到合路激光信號sc(t)，然后將所述合路激光信號 sc(t)發送至光電探測器； 所述光電探測器用于接收光學禪合器發送過來的合路激光信號sc(t)，并對所述合路 激光信號sc(t)進行光電轉換，得到合路電信號Id(t)，然后將所述合路電信號Id(t)發送至 放大器； 所述放大器用于接收并放大光電探測器發送過來的合路電信號Id(t)，得到放大后的 合路電信號Vd(t)，然后將所述放大后的合路電信號Vd(t)發送至低通濾波器； 所述低通濾波器用于接收放大器發送過來的放大后的合路電信號Vd(t)，并對所述放 大后的合路電信號Vd(t)進行低通濾波，得到低通濾波后的合路電信號Vf(t)，然后將所述 低通濾波后的合路電信號Vf(t)發送至壓流轉換器； 所述壓流轉換器用于接收低通濾波器發送過來的低通濾波后的合路電信號Vf(t)，并 且所述壓流轉換器包含設定的預置電信號化re(t)，然后將所述低通濾波后的合路電信號 Vf(t)和所述設定的預置電信號Vpre(t)相加后進行電壓到電流的轉換，得到電流信 號，并將所述電流信號作為激光器的工作電流發送至激光器，獲得激光信號s(t)的相位噪 聲，并計算激光信號s(t)的相位噪聲功率譜的3地線寬。2. 如權利要求1所述的一種基于光電反饋的短延時激光器線寬測量系統，其特征在于， 所述激光器為分布式反饋激光器，所述光功率分束器為1分2光分束器，所述光電禪合器為2 X 2禪合器。3. -種基于光電反饋的短延時激光器線寬測量方法，應用于一種基于光電反饋的短延 時激光器線寬測量系統，所述基于光電反饋的短延時激光器線寬測量系統包括:激光器、光 功率分束器、延時光纖、光學禪合器、光電探測器、放大器、低通濾波器和壓流轉換器，所述 基于光電反饋的短延時激光器線寬測量方法，其特征在于，包括W下步驟： 步驟1，所述激光器獲取激光信號s(t)，并將激光信號s(t)發送至光功率分束器； 所述光功率分束器接收激光器發送過來的激光信號s(t)，并將所述激光信號s(t)轉化 為兩路激光信號，且將其中一路激光信號作為參考光信號，另一路激光信號作為測量光信 號，所述兩路激光信號分別為〇.5s(t)，然后將參考光信號0.5s(t)發送至光學禪合器，將測 量光信號0.5s( t)發送至延時光纖； 所述延時光纖接收光功率分束器發送過來的測量光信號〇.5s(t)，并對所述測量光信 號〇.5s(t)進行相位偏移，得到相位偏移后的測量光信號sl(t)，然后將所述相位偏移后的 測量光信號sl(t)發送至光學禪合器； 步驟2,所述光學禪合器分別接收延時光纖發送過來的相位偏移后的測量光信號si (t)，和光功率分束器發送過來的參考光信號0.5s(t)，并對所述相位偏移后的測量光信號 sl(t)和所述參考光信號0.5s(t)進行禪合，得到合路激光信號sc(t)，然后將所述合路激光 信號sc(t)發送至光電探測器； 步驟3,所述光電探測器接收光學禪合器發送過來的合路激光信號sc(t)，并對所述合 路激光信號sc(t)進行光電轉換，得到合路電信號Id(t)，然后將所述合路電信號Id(t)發送 至放大器； 步驟4,所述放大器接收并放大光電探測器發送過來的合路電信號Id(t)，得到放大后 的合路電信號Vd(t)，然后將所述放大后的合路電信號Vd(t)發送至低通濾波器； 步驟5,所述低通濾波器接收放大器發送過來的放大后的合路電信號Vd(t)，并對所述 放大后的合路電信號Vd(t)進行低通濾波，得到低通濾波后的合路電信號Vf(t)，然后將所 述低通濾波后的合路電信號Vf(t)發送至壓流轉換器； 所述壓流轉換器接收低通濾波器發送過來的低通濾波后的合路電信號Vf(t)，并且所 述壓流轉換器包含設定的預置電信號化re(t)，然后將所述低通濾波后的合路電信號Vf(t) 和所述設定的預置電信號化re(t)相加后進行電壓到電流的轉換，得到電流信號，并將所述 電流信號作為激光器的工作電流發送至激光器，獲得激光信號s(t)的相位噪聲Δ魯化句;其 中，t為時間變量，τ為延遲量； 步驟6,對獲得激光信號s(t)的相位噪聲Δ 口化鐘進行功率譜估計，得到激光信號s(t)的 相位噪聲功率譜的3地線寬;其中，t為時間變量，τ為延遲量。4. 如權利要求3所述的一種基于光電反饋的短延時激光器線寬測量方法，其特征在于， 在步驟1中，所述激光信號s(t)，其表達式為：s(t)=Acos(2抽ο?+Φα));所述相位偏移后 的測量光信號sl(t)，其表達式為:sl(t)=A cos(2時〇α-τ)+Φα-τ));將所述參考光信號 0.5s(t)表示為s2(t)，其表達式為：s2(t)=A cos(化fot+Φ (t)); 其中，A為激光信號s(t)的幅度，fo為激光信號s(t)的中屯、頻率，φα)為激光信號s(t) 的初始相位，t為時間變量。5. 如權利要求4所述的一種基于光電反饋的短延時激光器線寬測量方法，其特征在于， 在步驟2中，所述合路激光信號sc(t)，其表達式為:sc(t)=sl(t)+s2(t)。6. 如權利要求4所述的一種基于光電反饋的短延時激光器線寬測量方法，其特征在于， 在步驟3中，所述合路電信號Id(t)，其表達式為：其中，Kd為光電探測器的探測效率，A為激光信號s(t)的幅度，時為激光信號s(t)的中屯、 頻率，Φ (t)為激光信號S(t)的初始相位，t為時間變量，τ為延遲量，si(t)為相位偏移后的 測量光信號，s2(t)為參考光信號0.5s(t)。7. 如權利要求3所述的一種基于光電反饋的短延時激光器線寬測量方法，其特征在于， 在步驟4中，所述放大后的合路電信號Vd(t)，其表達式為：其中，Δ^，Γ)為激光信號s(t)的相位噪聲，卸化巧二巧灼-的? -巧《1，Kd為光電探測 器的探測效率，A為激光信號s(t)的幅度，時為激光信號s(t)的中屯、頻率，Φ (t)為激光信號 s( t)的初始相位，t為時間變量，τ為延遲量，K=KdR，R為設定的壓流轉換比例。8. 如權利要求3所述的一種基于光電反饋的短延時激光器線寬測量方法，其特征在于， 在步驟6中，所述得到激光信號s(t)的相位噪聲功率譜的3地線寬，其過程為： 根據激光信號s(t)的相位噪聲Δ 口(ΛΓ)，計算得到激光信號s(t)的相位噪聲的功率譜進而獲得激光信號s(t)的相位噪聲功率譜的3dB線寬； 其中，ω為激光信號s(t)的相位噪聲的功率譜角頻率。
【文檔編號】G01M11/02GK106092519SQ201610471584
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月24日
【發明人】唐禹, 胡昆智, 寧獎, 晏蕓
【申請人】西安電子科技大學