一种激光器线宽测量方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种激光器线宽测量方法及系统。
【背景技术】
[0002] 光纤激光器具有转换效率高、结构紧凑、光束质量优良等特点，在工业、国防等领 域具有广泛的应用前景。随着大模场双包层光纤和高亮度泵浦源技术的发展，光纤激光器 的输出功率迅速提高。为了获得更高的激光输出功率，提出了合成技术，即将多路激光合成 一路输出，例如相干合成、光谱合成，而窄线宽激光器是这些高功率激光合成系统的前提。 另外，窄线宽激光器在光纤通信网络、光纤传感、高精度光谱等领域具有重要的应用。
[0003] 窄线宽激光器通常是指线宽小于0.lnm的激光器。对于窄线宽激光器，其输出谱 线的线宽是衡量激光器性能的重要指标。传统的激光器，一般采用光谱仪进行谱线分析，其 波长扫描范围宽，动态范围大，但是目前光频谱分析仪的分辨率最高为〇. 〇2nm，已无法准确 测量GHZ线宽的谱线，更不可能测量线宽为兆赫兹、千赫兹的窄线宽激光器。
[0004] 针对窄线宽激光器线宽的测量，目前主要是基于光外差法。光外差法的基本原理 是两束波长相近的光波耦合到光探测器中混频，从而产生中频电信号，频率由两束光的波 长差决定，通过对自相关函数进行傅里叶变换即可得到光电流的谱密度。光外差法分为双 光束外差法和延时自外差法。双光束外差法由于需要两个激光器，并且对激光器的频率、幅 度等稳定性有十分苛刻的要求，实验系统复杂，所以目前通常采用的是延时自外差法。延时 自外差法包括了延时零拍自外差法和延时非零拍自外差法。延时自外差法的基本原理是将 一路入射光分为两路，将其中一路光延时后，使两路光相拍，经光电转换，得到相拍后的光 电流谱线，从而确定出激光器的线宽。延时零拍自外差法的系统工作在零拍状态，系统光路 简单，但是较容易引入由于周围环境引起的变动，使得整个系统对环境要求比较高。因此， 发展出了延时非零拍自外差法。延时非零拍外差法是通过调制光源或光路，使信号光和参 考光产生一定的频率差，发生干涉后产生的拍频位于非零频的中频附近，避免了周围环境 对系统带来的低频干扰，但是导致系统比较复杂，对实验精确性和成本的要求都很高。
[0005] 近年来，又提出一种利用非平衡光纤干涉仪相位噪声测量并计算线宽的方法，通 过分析短程差非平衡干涉仪相位噪声与窄线宽激光器的光频噪声的关系，得到了激光器的 光波功率频谱和线宽。另外，还提出了使用布里渊光纤环形激光器产生的二阶斯托克斯光 作为参考光测量超窄线宽的新方法。该方法测量精度高，但是最大的限制是不能测量线宽 较宽的激光器，而且要获得二阶斯托克斯光需要较大的注入功率，对于低功率的激光器无 法实现测试。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种激光器线宽测 量方法及系统，相比于现有技术，系统结构简单，方法易于实现，尤其适用于窄线宽激光器 线宽的测量。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种激光器线宽测量方法，所 述方法包括以下步骤：
[0008]S1、将待测激光光束进行聚焦，测量焦平面上的光斑大小值为c^，获得待测激光 光束的初始发散角
，f?为焦距；
[0009]S2、将所述待测激光束进行光栅衍射得到-1级衍射光，将所述-1级衍射光聚 焦后，测量焦平面上的光斑大小值为《'，获得光栅衍射后待测激光光束的发散角0'，
[0010]S3、计算所述待测测激光光束的线宽AA=A0 ?d?cos9，其中，d为光栅常 数，0为光栅衍射角，所述光栅衍射后待测激光光束的发散角的增大量A0 = 0'-00
[0011] 相应的，本发明还提供一种用于实现激光器线宽测量方法的系统，所述系统包括 沿激光器出射光路依次放置的衍射光栅、聚焦装置、和光斑测量装置，所述聚焦装置用于聚 焦激光光束，所述光斑测量装置用于测量焦平面上的光斑大小。
[0012] 因此，本发明可以获得以下的有益效果：本发明方法利用光栅的衍射原理，具有一 定的谱宽度的光束，通过衍射光栅色散后，光束的发散角会增大，通过测量由色散引起的发 散角的增大量，从而获得窄线宽激光器的线宽，解决了窄线宽激光器线宽测量的问题，与传 统的光外差法测量线宽的技术相比，本发明方法及系统结构简单、易于实现，为工程上实现 精确测量窄线宽激光器的线宽提供了行之有效的方法。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明激光器线宽测量方法流程示意图；
[0014] 图2为本发明激光器线宽测量系统结构示意图；
[0015] 图3为本发明一个实施例中激光器线宽测量系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0016] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0017] 如图1所示，本发明提供一种激光器线宽测量方法，方法包括以下步骤：
[0018]S1、测量被测光束的初始发散角。将被测光束通过焦距为f的透镜聚焦后，采用光 斑尺寸测量装置测量焦平面上的光斑大小，测量的光斑大小值为则光束的初始发散角 为！
[0019]S2、测量被测光束通过衍射光栅后的发散角。光栅优选采用闪耀光栅，激光束以一 定的角度入射到光栅，测量-1级衍射光的发散角。将-1级衍射光通过焦距为f?的透镜聚 焦后，采用光斑尺寸测量装置测量焦平面上的光斑大小，测量的光斑大小值为《'，则衍射 后光束的发散角为
[0020] S3、计算光束通过光栅衍射后光束发散角的增大量。由于光束具有一定的谱宽度， 通过衍射光栅色散后，光束的发散角会增大，即由色散引起的发散角的增大量为A0 = e，-e0;
[0021]S4、计算光束的线宽。光栅的衍射方程为
，对波长取微分则 有
，其中妒为入射角，0为衍射角，d为光栅常数。通过上述测量得到的A0， 可以计算得出光束的线