文档介绍：南京理工大学
硕士学位论文
窄线宽半导体激光器线宽测量系统的设计与实现
姓名:刘晓波
申请学位级别:硕士
专业:光学工程
指导教师:何勇
20090622
摘要本文分析了单纵模窄线宽半导体激光器的发光机理和光谱特性;基于光纤马赫一曾关键词:线宽,马赫一曾德干涉仪,自外差,光电流谱窄线宽半导体激光器在光学测量和光通信领域有着十分广泛的应用。在许多系统中,如全光纤测速干涉仪,光纤载波传输系统等,激光器的线宽特性对于系统精度有着决定性的作用。德干涉结构,设计了全光纤自外差线宽测量系统,具有精度高,结构简单,应用范围广等优点。通过分析光电流谱和光源光谱二者之间的关系,以及光纤长度,光电探测器性能等对系统的影响,本文对具体的测试方案进行了讨论,提出了利用短光纤自外差零拍法测量窄线宽半导体激光器线宽的方法。本文采用了编写软件的方法替代了传统的硬件频谱仪,使得仪器结构更加紧凑,成本也得到降低。本文最后利用数学工具对所设计的方案进行了模拟,并依据仿真结果搭建了延时光纤长度为的线宽测量系统,对实验室一台中心波长为瓿葡呖碇滴腄单模半导体激光器光源进行了测试,测试结果为渚ǘ仍诶硐敕段凇J笛榻峁っ髁巳光纤自外差线宽测量系统在窄线宽激光器线宽测量领域的优越性。硕士论文窄线宽半导体激光器线宽测量系统的设计与实现
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髀甀研究背景和意义传统的测量激光器线宽的仪器有光谱仪和法布里一珀罗干涉仪。这两种仪器虽然在谱法的改进,其光路结构为马赫一曾德干涉仪系统【俊S捎诖朔ɡ霉庀笋詈掀骷肮从上世纪六十年代以来,随着激光技术的发展,在光通信系统、生物医学、相干检测,光电制导等许多领域中,都需要用到单纵模半导体激光器。而且在许多情况下都对激光器的线宽特性有着非常严格的要求,窄线宽半导体激光器成为许多测试系统中的关键器件【俊H缭诠庀烁缮娌馑傧低常庀瞬馕拢庥αΦ炔饬肯低持校す馄鞯南呖硖性对整个系统的性能起着决定性的作用】。因此,对半导体激光器的线宽进行测量是一项十分有意义的工作。技术上比较成熟,但也具有明显的缺点。例如:光路搭建繁琐,需反复调试;结构庞大,且误差较大;最关键的是,在目前的高精度测量系统中,所用激光器的线宽越来越窄,往往达到几兆赫兹,甚至几十千赫兹,而上述这两种测量系统的精度和分辨率很难满足要求近年来,光纤传感技术的发展十分迅速。光纤具有体积小,重量轻,抗电磁干扰能力强,可弯曲,能够在许多特殊场合绺呶露瘸⒏哐沽Τ下工作的特点;同时,用光纤替代自由光路,用光纤耦合器件代替分束镜结构,有利于整个光路的一体化【俊与传统的测量激光器线宽的方法相比,由于全光纤法线宽测量系统的全部部件都用光纤相连,所以该系统具有光路搭建容易,抗干扰能力强,易于集成化等优点。同时,由于全光纤法测量激光器线宽系统的精度很大程度上取决于所用光纤的延迟臂长度,故非常容易根据要求调节测量系统的测量精度和分辨率,该系统的测量范围可从几百兆赫兹到几十千赫兹。日本学者首先提出延时自外差式线宽测量方法,它实际是对单模激光器直接外差测纤作为主要部件,利用双光路干涉原理实现了光谱线宽的自外差测量。与传统的以透镜和分光镜为主体组成的自由光路相比,设计难度有所降低,系统精度也得到提高。由此,光纤干涉仪测量光源线宽系统也得到了实际的应用。从最近几年全光纤干涉仪的发展来看,许多新原理、新方案、新技术正在得到实施应用,从而使全光纤干涉仪的结构更加趋于合理化和简单化,功能大为增强。本文所研究的全光纤外差法激光器线宽测量系统,基于自外差效应,采用单纵模半导体激光源为测试光源,对其进行线宽测量。所测光源发出的光波通过两路光纤,携带不同信息的光束经不同路径传输到耦合器中,当这两束光满足干涉条件时,可利用光电探测器件探知光电流信息,并从中解调出激光源的差拍干涉信号。区别于通常的局限于对干涉时域信硕士论文窄线宽半导体激光器线宽测量系统的设计与实现
兰一光谱线宽测试系统的发展采用法布里一珀罗干涉结构作为核心部件的仪器是另一种测量光源线宽的方法。其晰度很高。通过驱动?槭沟梅ú祭镆荤曷薷缮嬉堑那怀し⑸浠虻鼻怀と号的讨论,本文对得到的差拍干