一种光源相位噪声的测试方法及装置与流程

本发明属于光纤技术领域，特别涉及一种光源相位噪声的测试方法及装置。

背景技术：

在激光雷达、相干光光通信、相干探测光纤传感系统中，光源的相位噪声是影响系统性能的关键技术指标。光源的线宽越低、光源相位噪声越低，因而一般通过测量激光器的线宽用以表征激光器的相位噪声。

光源线宽的测量方法主要有光外差法和光纤延迟自外差法，光外差法采用一个稳定的标准光源与被测光源进行外差，该方向对标准光源线宽和稳定性要求极高，很难实用。光纤延迟自外差法把光源输出光分为两束，两束光经过不同的时延和移频后，再进行自外差获得光源的拟合线宽。时延光纤的长度由光源的线宽决定，线宽越窄，所需的光纤越长。对于10kHz甚至更窄线宽的光源，为了降低谱线的波动，提高测量的准确性，时延光纤长度需要增加到上百公里，这使得该系统体积庞大、成本较高，受外界环境影响大，且随着光纤长度的增加，光纤插入损耗和偏振又会带来新的问题，因此该方法难以实用。以上两种方法测量的是光源的线宽，它是衡量光源相位噪声水平的一个重要指标，而且该线宽值是通过拟合得来的，准确性不高。

在相干光通信、激光雷达和光纤传感等光学系统中，通过光纤或者空间的两路或多路激光干涉获得干涉光强，进而分析得到传感或通信物理量。光源的相位噪声决定了干涉光强的噪声本底，同样也决定了系统的噪声本底，它将直接反映通信和传感系统最终的噪声水平、通信速率和探测灵敏度等重要指标。因此通信和传感系统应用更关心光源的直接相位噪声，获得光源的直接相位噪声有利于掌握整个系统的噪声性能。本发明旨在解决光源的相位噪声直接测试问题，为光源的通信和传感应用提供一个更为直接的指标。

技术实现要素：

本发明提供了一种光源相位噪声的测试方法及装置，其目的在于，克服现有技术中无法直接测量光源相位噪声的问题。

一种光源相位噪声的测试方法，首先，在光纤干涉仪的一路延迟光纤上设置相位调制器，并对相位调制器加载调制信号；其次，将光源信号沿光纤传输至光纤干涉仪，通过调制信号调制光纤干涉仪生成的干涉信号；最后，利用相位生成载波解调方法或者工作点控制的方法对被调制的干涉信号进行解调，获得光源的相位噪声信号，实现光源相位噪声的测量。

利用光纤耦合器将光源信号分成两路，一路沿光纤通过光电探测器传输至中央处理单元 进行光源信号强度测试，另一路沿光纤传输至光纤干涉仪。

一种光源相位噪声的测试装置，基于上述的方法，包括尾纤2、光纤干涉仪20、第一光纤探测器10以及中央处理单元11；

其中，所述光纤干涉仪中的一路延迟光纤上设置有相位调制器8；

所述尾纤2与所述光纤干涉仪的信号输入端相连；

所述光纤干涉仪的信号输出端经第一光电探测器10与中央处理单元的AD采集模块相连；

所述中央处理单元的DA输出模块与光纤干涉仪中的相位调制器相连。

进一步地，所述光纤干涉仪包括第一1×2光纤耦合器5、延迟光纤、第二1×2光纤耦合器7以及相位调制器8；

所述第一1×2光纤耦合器的两个输出端分别经两路延迟光纤与第二1×2光纤耦合器7的输入端相连，其中一路延迟光纤上设置有相位调制器8；

所述第二1×2光纤耦合器7的输出端经第一光电探测器与中央处理单元的AD采集模块相连。

进一步地，所述光纤干涉仪包括2×2光纤耦合器17、延迟光纤、第一光纤法拉第旋光镜18、第二光纤法拉第旋光镜19以及相位调制器8；

所述2×2光纤耦合器17信号传入输出端分别经两路延迟光纤与第一光纤法拉第旋光镜18、第二光纤法拉第旋光镜19相连，其中一路延迟光纤上设置有相位调制器8；

所述2×2光纤耦合器17的信号反射输出端经第二光电探测器与中央处理单元相连。

进一步地，还包括第三光纤耦合器4和第二光电探测器9；

光源信号经光纤耦合器分为两路，一路与光纤干涉仪相连，另一路经第二光电探测器9与中央处理单元11的AD采集模块相连。

进一步地，与光源相连的尾纤2与第三光纤耦合器之间还设置有光纤连接器3。

进一步地，所述光纤干涉仪外部设置有屏蔽盒。

进一步地，所述中央处理单元与上位机相连。

有益效果

本发明提供了一种光源相位噪声的测试方法及装置，该方法首先在光纤干涉仪的一路延迟光纤上设置相位调制器，并对相位调制器加载调制信号；其次将光源信号沿光纤传输至光纤干涉仪，通过调制信号调制光纤干涉仪生成的干涉信号；最后，利用相位生成载波解调方法或者工作点控制的方法对被调制的干涉信号进行解调，获得光源的相位噪声信号，实现光源相位噪声的测量。通过在光纤干涉仪的一路延迟光纤上设置相位调制器，巧妙的使用具有 短程差的光纤干涉仪，同步进行相位调制和干涉信号采集，根据干涉的调制波形，通过解调算法计算出相位噪声，完成光源相位噪声的直接测量。该装置一种光源相位噪声的测试装置，包括尾纤、光纤干涉仪、第一光纤探测器以及中央处理单元；其中，所述光纤干涉仪中的一路延迟光纤上设置有相位调制器；放弃了以往常用地50km甚至更长的延迟光纤，选用了仅为1米的短光纤，不需要高频探测器和高频采集系统，大大简化了系统的结构，降低了产品的价格。

附图说明

图1为本发明所述装置的结构的实施例一示意图；

图2位本发明所述装置的结构的实施例二示意图；

标号说明：1-光源，2-尾纤，3-光纤连接器，4-第三光纤耦合器，5-第一1×2光纤耦合器，6-延迟光纤，7-第二1×2光纤耦合器，8-相位调制器，9-第二光电探测器，10-第一光电探测器，11-中央处理单元，12-上位机，13-处理器，14-DA输出模块，15-第一AD采集模块，16-第二AD采集模块，17-2×2光纤耦合器，18-第一光纤法拉第旋光镜，19-第二光纤法拉第旋光镜，20-光纤干涉仪。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步地说明。

一种光源相位噪声的测试方法，首先，在光纤干涉仪的一路延迟光纤上设置相位调制器，并对相位调制器加载调制信号；其次，将光源信号沿光纤传输至光纤干涉仪，通过调制信号调制光纤干涉仪生成的干涉信号；最后，利用相位生成载波解调方法或者工作点控制的方法对被调制的干涉信号进行解调，获得光源的相位噪声信号，实现光源相位噪声的测量。

利用光纤耦合器将光源信号分成两路，一路沿光纤通过光电探测器传输至中央处理单元进行光源信号强度测试，另一路沿光纤传输至光纤干涉仪。

一种光源相位噪声的测试装置，基于上述的方法，包括尾纤2、光纤干涉仪20、第一光纤探测器10以及中央处理单元11；

其中，所述光纤干涉仪中的一路延迟光纤上设置有相位调制器8；

所述尾纤2与所述光纤干涉仪的信号输入端相连；

所述光纤干涉仪的信号输出端经第一光电探测器10与中央处理单元的AD采集模块相连；

所述中央处理单元的DA输出模块与光纤干涉仪中的相位调制器相连。

图1是的实施例1示意图。被测光源1的输出光经过光源输出尾纤2，经过光纤连接器3输入至第三光纤耦合器4，被测光源1的输出光输出到第三光纤耦合器4中被分为两束，一束直接进入第一光电探测器9，光电转换为电信号；另一束通过一个屏蔽的光纤M-Z干涉仪系统20后进入第二个光电探测器10，光电转换为电信号。

屏蔽的光纤干涉仪20包含第一1×2光纤耦合器5、延迟光纤6、相位调制器8和第二1×2光纤耦合器9组成。从第三光纤耦合器4分束出来的光通过第一1×2光纤耦合器5分为两束，一束通过延迟光纤6，一束通过相位调制器8，两束光又通过第二1×2光纤耦合器7合束在一起形成干涉光强从第二1×2光纤耦合器7的输出端输出。

为了保证光纤干涉仪20不受外界干扰，第一1×2光纤耦合器5、延迟光纤6、相位调制器8和第二1×2光纤耦合器7固定在一个屏蔽盒中，该屏蔽盒能对外界的声音和振动进行隔绝，从而保证光纤干涉仪仅仅测量光源的相位噪声。

中央处理单元11包含处理器13、第一AD采集模块15和第二AD采集模块16，DA输出模块14。DA输出模块14输出一个调制信号通过导线连接至相位调制器，使得光纤M-Z干涉仪系统能够产生随DA输出模块输出信号一致的相位调制信号；第一光电探测器9和第二光电探测器10输出的电信号通过导线连接到第一AD采集模块15和第二AD采集模块16，第一AD采集模块15和第二AD采集模块16采集到的信号送至处理器13，处理器13对获得的信号进行处理，利用相位生成载波解调方法或者工作点控制的方法解调出光源的相位噪声信号，通过数据传输只上位机12，通过上位机显示出来。

图2是实施例2示意图。光纤干涉仪20由2×2光纤耦合器17、延时光纤6、第一光纤法拉第旋光镜18、第二光纤法拉第旋光镜19和相位调制器8组成。从第三光纤耦合器4输出的一束光经过2×2光纤耦合器17的输入端注入后分为两束，一束光经延时光纤6后再经第一光纤法拉第旋光镜18后反射回来，再经延时光纤6返回到2×2光纤耦合器17中；另一束经相位调制器8在第二光纤法拉第旋光镜19后反射回来，再经相位调制器8返回到2×2光纤耦合器17中。返回到2×2光纤耦合器17的两束光发生干涉后从2×2光纤耦合器17的输出端输入到第二光电探测器10中。

为了隔绝外部振动和噪声，光纤干涉仪20的2×2光纤耦合器17、延时光纤6、2个光纤法拉第旋光镜和相位调制器8固定在一个隔震隔声的屏蔽盒中，从而保证光纤Michelson干涉仪系统仅仅测量光源的相位噪声。

本发明采用与实际应用相似的短程差的M-Z干涉仪或者Michelson干涉仪系统，利用相位生成载波解调或者工作点控制解调算法，只需要同步进行相位调制和干涉信号采集，在干涉仪系统屏蔽外界环境干扰的条件下就可准确获得光源的相位噪声。该方法利用相位生成载 波解调或者工作点控制解调的方法，依靠相位调制器产生相移(频移)，直接利用短程差光纤干涉仪，通过处理器解调就可实现相位噪声的测量，获得实际系统中所需要的相位噪声水平。本发明所采用的方法与线宽外差测量方法相比，延迟光纤大大缩短，结构复杂性降低，稳定性得到提高，而且测量结果更能反映实际应用噪声水平。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。