CN108362388A - 一种双通道差分激光器相位噪声的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双通道激光器相位噪声的测量方法，主要解决现有激光器相位噪声测量***稳定性不高，和***低频噪声对测量精度的影响较大的问题。本发明采用一种双通道差分激光器相位噪声的测量装置，其硬件平台包括：待测激光器、可调光衰减器、DPSK电光调制器、两个光电探测器、两个低噪放、数据采集电路、计算机、DPSK调制器控制电路，利用成熟稳定的电光调制器代替光纤干涉仪来实现激光器相位噪声测量，并采用双通道差分接收信号，不仅提高了测量***的稳定性，且消除了***的本底噪声对测量结果的部分影响。
Description
技术领域
本发明属于测量领域，特别是涉及一种双通道差分激光器相位噪声的测量方法。
背景技术
光电技术是现代高新技术领域不可缺少的部分，渗透到国民生活的方方面面，在国防建设上也起着重要作用，激光器的相位噪声是表征激光器波长抖动的参数，也是光纤传感***以及光载微波传输***中影响***信噪比的一项重要因素，测量激光器的相位噪声对激光器器件的筛选、工艺控制以及其对应用***的影响进行评价是非常关键的。
常见的测量激光器相位噪声的方法为移频外差法，采用光纤干涉仪，在一臂中引入长延时和声光移频来实现激光器相位噪声的测量，光纤干涉仪的测量精度主要取决于激光频率的稳定性，常用的方法是使激光器的频率稳定化，对工作环境条件要求较高。
本发明提出以成熟稳定的电光调制器来代替光纤干涉仪，并利用双通道差分的方法来实现激光器相位噪声的测量，既提高了***的稳定性，也消除***的本底噪声对测量精度的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题克服现有的缺陷，提出一种新的双通道差分激光器相位噪声的测量方法，利用电光调制器来代替光纤干涉仪来实现激光器相位噪声测量，采用双通道差分接收信号，提高测量***的稳定性，消除***的本底噪声对测量精度的部分影响，
为解决上述技术问题本发明采用的的技术方案如下：本发明通过采用一种双通道差分激光器相位噪声的测量方法，包括待测激光器、可调光衰减器、DPSK电光调制器、光电探测器、低噪放、光电探测器、低噪放、数据采集电路、计算机、DPSK调制器控制电路，所述待测激光器发出的光经过一可调光衰减器后进入一双输出的DPSK电光调制器中，所述DPSK调制器通过控制电路调节DPSK调制器中两路传输光信号之间的光程差，所述DPSK调制器控制电路输出端输出的两路光信号带有一定的光延时差，两路信号分别进入两个光电探测器中，所述两个光电探测器位于不同的传输通道，其输出的两个电信号分别通过两个低噪放放大后进入数据采集电路中，所述的两个低噪放位于不同传输通道，所述数据采集电路与计算机连接，所述计算机获得数据再对两路信号进行差分处理后，消除***本底噪声对测量结果的影响，再传送给DPSK调制器控制电路(201)，所述本底噪声主要来源于光电探测器和低噪放。
为解决上述技术问题本发明采用的的技术方案，进一步阐述本发明采用的工作原理，具体测量原理如下：
所述DPSK调制器的输出的光场可表示为：
式中f为光源频率，Ein(f)为入射近探测器上的光场分布，τ为DPSK调制器输出的两路信号之间的差分时延。上式可近似表示为：
式中δf为激光器频率抖动，该抖动直接转化为激光器的相位噪声。上式中在激光器的波长带宽内，通过调节DPSK中干涉仪两臂的时延差或调节激光器的波长，可使得对一个确定光频率f0，有因此，式(2)为：
DPSK光电调制器输出信号经过光电探测器后转变为电信号，经过低噪放后，由于激光器相位噪声而引入的光电探测器输出的电信号的抖动为：
Vnoise＝πτIinRκGδf+Vsystem (4)
上式中Iin为进入到光电探测器上的光强，R为探测器输出负载，κ为光电探测器的响应度，G为低噪放的放大倍数，Vsystem为测试***的本底噪声。光电探测器输出的直流信号可为：
两路信号经过数据采集电路采集后，对两路信号进行差分处理，就可以消除测试***的本底噪声Vsystem对测量结果的影响，该噪声主要来源于光电探测器和低噪放的噪声。
由于采用了差分探测，并令式(4)中πτIinRκG＝K，则式(4)表示为：
Vnoise＝Kδf+Vsystem (6)
通过对式(4)得到的由于激光器的相位噪声而转化得到的光电探测器的电压波动值进行傅里叶变换，得到探测器输出电压的功率谱密度Sv(f)表示为：
上式中B为信号带宽。则待测激光器的相位噪声L(f)表示为：
上式就表征了激光器在频偏为f时的相位噪声。因此，根据光电探测器输出的电压波动就可以得到待测激光器的相位噪声。
本发明的有益效果在于：采用成熟稳定的电光调制器来代替光纤干涉仪来实现激光器相位噪声测量，利用双通道差分接收信号，相对传统的测量方案，该方法既可提高测量***的稳定性和测量精度，且能消除***的本底噪声对测量结果的部分影响。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明双通道差分激光器相位噪声的测量***框架示意图；
附图中：
101、待测激光器 102、可调光衰减器 103、DPSK电光调制器
104、光电探测器 105、低噪放 106、光电探测器
107、低噪放 108、数据采集电路 109、计算机
201、DPSK调制器控制电路
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
一种双通道差分激光器相位噪声的测量方法，利用稳定的电光调制器代替光纤干涉仪来实现激光器相位噪声测量，并采用双通道差分接收信号。
如图1所示，所述一种双通道差分激光器相位噪声的测量方法，其硬件平台包括，待测激光器(101)、可调光衰减器(102)、DPSK电光调制器(103)、光电探测器(104)、低噪放(105)、光电探测器(106)、低噪放(107)、数据采集电路(108)、计算机(109)、DPSK调制器控制电路(201),所述待测激光器(101)被打开，其发出的光经过一可调光衰减器(102)后进入一双输出的DPSK电光调制器(103)中。
所述DPSK电光调制器(103)通过接收DPSK调制器控制电路(201)传输的信号来调节DPSK电光调制器(103)中两路传输光之间的光程差，所述的DPSK调制器控制电路(201)与计算机(109)连接，所述计算机(109)与数据采集电路(108)连接，通过数据采集电路(108)获得两路信号数据后再对两路信号进行差分处理，以消除***的本底噪声对测量结果的影响，所述本底噪声主要来源于光电探测器和低噪放，所述计算机(109)将处理好的信号传送给DPSK调制器控制电路(201)，所述DPSK电光调制器(103)输出端输出的两路光信号带有一定的光延时差，所述DPSK电光调制器(103)产生的两路光信号分别进入光电探测器(104)中和光电探测器(106)中。
所述双通道差分接收信号装置中光电探测器(104)和光电探测器(106)位于不同的传输通道，所述DPSK电光调制器(103)输出光经过光电探测器(104、106)后转变为电信号，所述两个光电探测器输出的电信号分别通过低噪放(105)和低噪放(107)放大后进入数据采集电路(108)中，所述低噪放(105)和低噪放(107)位于不同的传输通道。
本发明的双通道激光器相位噪声的测量方法采用的工作原理包括如下：
首先，DPSK调制器的输出的光场可表示为：
式中，f为光源频率，Ein(f)为入射近探测器上的光场分布，τ为DPSK调制器输出的两路信号之间的差分时延。上式可近似表示为：
式中δf为激光器频率抖动，该抖动直接转化为激光器的相位噪声。上式中在激光器的波长带宽内，通过调节DPSK中干涉仪两臂的时延差或调节激光器的波长，使得对一个确定光频率f0，有因此，式(2)表示为：
DPSK光电调制器输出信号经过光电探测器后转变为电信号，经过低噪放后，由于激光器相位噪声而引入的光电探测器输出的电信号的抖动为：
Vnoise＝πτIinRκGδf+Vsystem (4)
上式中Iin为进入到光电探测器上的光强，R为探测器输出负载，κ为光电探测器的响应度，G为低噪放的放大倍数，Vsystem为测试***的本底噪声。光电探测器输出的直流信号可表示为：
双通道的两路信号经过数据采集电路采集后，对两路信号进行差分处理，就可以消除测试***的本底噪声Vsystem对测量结果的影响，该噪声主要来源于光电探测器和低噪放的噪声。
由于采用了差分探测，并令式(4)中πτIinRκG＝K，则式(4)表示为：
Vnoise＝Kδf+Vsystem (6)
通过对式(4)得到的由于激光器的相位噪声而转化得到的光电探测器的电压波动值进行傅里叶变换，得到探测器输出电压的功率谱密度Sv(f)表示为：
式中，B为信号带宽。则待测激光器的相位噪声L(f)表示为：
上式表征了激光器在频偏为f时的相位噪声。因此，根据光电探测器输出的电压波动可得到待测激光器的相位噪声。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (1)
1.一种基于双通道差分激光器相位噪声测量装置的测量方法，其特征在于，具体测量原理如下：
所述DPSK调制器(103)的输出的光场可表示为：
式中，f为光源频率，Ein(f)为入射近探测器上的光场分布，τ为所述DPSK调制器输出的两路信号之间的差分时延，上式可近似表示为：
式中，δf为激光器频率抖动，该抖动直接转化为激光器的相位噪声，在激光器的波长带宽内，通过调节DPSK中干涉仪两臂的时延差或调节激光器的波长，可以使得对一个确定光频率f0，有因此，式(2)表示为：
所述光电DPSK调制器输出光经过光电探测器后转变为电信号，经过低噪放后，由于激光器相位噪声而引入的光电探测器输出的电信号的抖动可表示为：
Vnoise＝πτIinRκGδf+Vsystem (4)
式中，Iin为进入到光电探测器上的光强，R为探测器输出负载，κ为光电探测器的响应度，G为低噪放的放大倍数，Vsystem为测试***的本底噪声，光电探测器输出的直流信号表示为：
两路信号经过数据采集电路采集后，对两路信号进行差分处理，就可以消除测试***的本底噪声Vsystem对测量结果的影响，该噪声主要来源于光电探测器和低噪放的噪声，由于采用了差分探测，并令式(4)中πτIinRκG＝K，则式(4)可表示为：
Vnoise＝Kδf+Vsystem (6)
通过对式(4)得到的由于激光器的相位噪声而转化得到的光电探测器的电压波动值进行傅里叶变换，得到探测器输出电压的功率谱密度Sv(f)可表示为：
式中B为信号带宽，则待测激光器的相位噪声L(f)可表示为：
上式就表征了激光器在频偏为f时的相位噪声，因此根据光电探测器输出的电压波动就可以得到待测激光器的相位噪声。
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