窄线宽激光器相位噪声测量装置及方法与流程

技术特征：

1.一种窄线宽激光器相位噪声测量装置，其特征在于设有待测激光器、PGC解调单元以及封装在屏蔽盒内的光纤隔离器、光纤耦合器、光纤延迟线、第一反射镜、传感臂光纤、第二反射镜、外调制器，其中光纤隔离器的输出送入光纤耦合器，光纤耦合器分别与光纤延迟线、传感臂光纤相连接，光纤延迟线的输出端与第一反射镜连接，传感臂光纤的输出端与第二反射镜相连接，外调制器与传感臂光纤相连接；待测激光器的输出端与光纤隔离器相连接；PGC解调单元接收光纤耦合器的输出信号，且与外调制器相连接。

2.根据权利要求1所述的一种窄线宽激光器相位噪声测量装置，其特征在于还设有与PGC解调单元相连接的显示与控制单元。

3.根据权利要求1所述的一种窄线宽激光器相位噪声测量装置，其特征在于所述待测激光器为待测窄线宽激光器，具有一个光学输出接口及一个输入电压信号调制接口，光学输出接口是FC或SC或E2000接口或其他通用光学接口，输入电压信号调制接口是BNC或SMA或其他通用接口；所述光纤隔离器的隔离度大于60dB,插入损耗小于0.5dB且输入接头类型与所述的待测激光器的光学输出接口类型相同。

4.根据权利要求1所述的一种窄线宽激光器相位噪声测量装置，其特征在于所述光纤耦合器3为2×2类型3dB耦合器，其第一输入端口连接光纤隔离器的输出端口，其第一、第二输出端口分别连接光纤延迟线和传感臂光纤，其第三输出端口连接PGC解调单元的输入端口，作为光信号输入，第三输出端口可以是FC或SC或E2000接口或其他通用光学接口且类型与PGC解调单元相同。

5.根据权利要求1所述的一种窄线宽激光器相位噪声测量装置，其特征在于所述光纤延迟线为可调光学延迟线，其光学延迟范围为5ns～500ns可调，精度小于5ns，初始状态为光纤延迟线和传感臂光纤6之间的延时差为5ns或对应光纤长度差为1m,具体与所使用光纤的折射率有关，计算公式如下：

τ＝l*n/c

其中l,τ,n,c,分别为延时对应实际光纤的长度，延时的具体数值，光纤的折射率及光在真空中的光速。

6.根据权利要求1所述的一种窄线宽激光器相位噪声测量装置，其特征在于所述第一反射镜与第二反射镜均为法拉第旋转镜，其旋转角度为90°，插入损耗小于1dB。

7.根据权利要求1所述的一种窄线宽激光器相位噪声测量装置，其特征在于所述传感臂光纤长度为1m且缠绕于外调制器上，且缠绕张力介于10g～30g之间，所述外调制器为压电陶瓷环PZT,其工作频率低于50KHz,最大振幅小于1μm。

8.根据权利要求1所述的一种窄线宽激光器相位噪声测量装置，其特征在于所述PGC解调单元为本装置的信号解调部分，采用场效应管PIN探测器将采集到的光信号转换为电信号，场效应管PIN探测器及模拟/数字转换芯片，探测器跨阻抗不小于100KV/W，-3dB带宽小于50MHz，模拟/数字转换芯片采样率高于100Msps,精度高于于12bit，并采用PGC(Phase Generated Carrier,相位生成载波)零差法进行解调；且PGC解调单元为外调制器提供5Hz～1KHz的正弦调制信号，用于测量不同调制频率下对应的激光器相位噪声；外调制器与PGC解调单元可以通过通用BNC端子或SMA端子连接。

9.一种窄线宽激光器相位噪声测量方法，其特征在于窄线宽激光器输出光信号至屏蔽盒内部的干涉仪光路，输出干涉信号通过光纤耦合器输出至PGC解调单元进行信号解调，在光频调制的情况下，光纤干涉仪的检测信号表达式为：

其中

其包括干涉仪的一系列低频声信号或加速度信号D_icosω_sit和环境扰动引起的相位随机波动ψ₀(t)，这些信息可以通过PGC解调过程还原出来，将式(1)以Bessel函数式展开，得到：

其中J_k(C)为第k阶Bessel函数。可见经过调制后的干涉信号包括调制信号频率ω₀的零频、ω₀和ω₀的无穷项高次倍频，其中ω₀的零频和偶次倍频的幅度与成正比，ω₀及其奇次倍频的幅度与成正比，由于随着k的增大，J_k(C)总体趋势变小，在检测时可以选用载波信号的一倍频和二倍频来进行相关检测求得和将上式分别乘以Gcosω₀t和Hcos 2ω₀t，得到：

由于调制频率ω₀远大于被测信号频率ω_s1，ω_s2，……ω_sn，所以上述两式经低通滤波后所含ω₀及其倍频项均被滤去，变为：

经微分电路后有：

由式(6)和式(9)相乘得：

式(11)减去式(10)得：

上式积分得到：

上式除以系数GHB²J₁(C)J₂(C)，即可将被测信号解调出来。