CN109506788A - 基于傅里叶锁模激光器的光波长测量*** - Google Patents
基于傅里叶锁模激光器的光波长测量*** Download PDFInfo
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Abstract
本公开提供一种基于傅里叶锁模激光器的光波长测量***，包括：激光产生单元，生成三角型频时对应关系的傅里叶锁模激光信号；第二光耦合器，与所述激光产生单元相连，用于将待测信号光与所述傅里叶锁模激光信号耦合，形成合束光；以及信号探测和处理单元，与所述第二光耦合器相连，用于将经所述第二光耦合器形成的合束光进行探测与处理，通过所述基于傅里叶锁模激光器的光波长测量***以缓解现有技术中使用光谱仪来精准测量光的波长时，其测量精度有限，存在一定误差，且光谱仪的价格昂贵，体积较大等技术问题。
Description
技术领域
本公开涉及微波光子学技术领域，尤其涉及一种基于傅里叶锁模激光器的光波长测量***。
背景技术
傅里叶锁模激光器(FDML)由于其光谱随时间变化周期输出的特性，具有很高的研究价值和实用价值。FDML是光学相干层析成像(OCT)的光源，在医疗***上有着广泛的应用。受限FDML则被广泛应用在传感技术当中，用于检测外界应力和温度等变化。FDML在光纤通信***中也有着重要的应用。然而FDML在光波长测量方面的应用较少，具有进一步的研究价值。
光波长的精准测量大多是采用光谱仪进行测量，光谱仪测量光波长的分辨率主要是有其入射狭缝和出射狭缝决定，且采用这种方法其分辨率和测的光强度是相互矛盾的，这时候会受到光谱仪内置的光电探测器性能的制约，光谱仪测量光波长的分辨率能达到10pm。但光谱仪体积大、价格昂贵，不能被普遍应用在需要精准光波长测量的场景，且其本身的分辨率和精度有限。
综上，使用光谱仪精准测量光的波长时，其测量精度有限，存在一定误差，且光谱仪的价格昂贵，体积较大。FDML在光谱测量领域有着更多的研究价值。
公开内容
(一)要解决的技术问题
基于上述问题，本公开提供了一种基于傅里叶锁模激光器的光波长测量***，以缓解现有技术中使用光谱仪来精准测量光的波长时，其测量精度有限，存在一定误差，且光谱仪的价格昂贵，体积较大等技术问题。
(二)技术方案
本公开提供一种基于傅里叶锁模激光器的光波长测量***，包括：激光产生单元，生成三角型频时对应关系的傅里叶锁模激光信号；第二光耦合器8，与所述激光产生单元相连，用于将待测信号光与所述傅里叶锁模激光信号耦合，形成合束光；以及信号探测和处理单元，与所述第二光耦合器8相连，用于将经所述第二光耦合器8形成的合束光进行探测与处理。
在本公开实施例中，所述激光产生单元，包括：半导体光放大器1，电流注入下产生激光并使经过的光获得增益；第一光隔离器2：与所述半导体光放大器1相连，用于保证光的单向传播；可调光滤波器4：与所述第一光隔离器2相连，用于使傅里叶锁模激光信号时频关系呈现三角形；任意波形发生器3：连接于所述可调光滤波器4的一端，用于产生任意可调的电压信号；零色散光纤延时线5：连接于所述可调光滤波器4的另一端，对链路中的光进行延时；第一光耦合器6：与所述零色散光纤延时线5相连，具有分束作用，混合的光信号一部分输出到所述第二光耦合器8，一部分反馈回傅里叶锁模激光信号链路当中以保证谐振；以及第二光隔离器7：与所述第一光耦合器6相连，保证光顺时针传播。
在本公开实施例中，所述信号探测和处理单元包括：光电探测器9，用于将所述经第二光耦合器8形成的合束光与待测信号光拍频；实时示波器10，用于将所述光电探测器9拍频的结果数据实时采集；以及电脑11，对所述实时示波器10所采集的数据进行数学处理。
在本公开实施例中，所述第一光隔离器2或第二光隔离器7的隔离度高于30dB。
在本公开实施例中，所述第一光隔离器2或第二光隔离器7包括：空间光隔离器或光纤光隔离器。
在本公开实施例中，所述可调光滤波器4精细度达1000以上，光谱范围15THz，调谐频率2kHz～2.5kHz。
在本公开实施例中，所述快速可调光滤波器4，包括：基于法布里珀罗谐振腔的光纤滤波器。
在本公开实施例中，所述第一光耦合器6或第二光耦合器8，包括：基于倏逝波耦合的定向耦合器或基于多模干涉效应的多模干涉耦合器。
在本公开实施例中，所述零色散光纤延时线5，包括：色散光纤和色散补偿光纤组成的零色散光纤。
在本公开实施例中，所述光电探测器9，制成材料包括：锗硅、磷化铟。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开基于傅里叶锁模激光器的光波长测量***至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)基于傅里叶锁模激光器提出了一种新的测频方式，减少了器件的数量，能缩小体积和重量；
(2)基于傅里叶锁模激光器的新的测波长、测频方案能够达到光谱仪测量精度的同时减少功耗和降低成本。
附图说明
图1是本公开实施例基于傅里叶锁模激光器的光波长测量***的结构及链路示意图。
图2是本公开实施例的傅里叶锁模激光器信号类三角波时频对应示意图。
图3本公开实施例的待测信号光和傅里叶锁模激光器信号光拍频结果示意图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
1-半导体光放大器； 2-第一光隔离器； 3-任意波形发生器；
4-可调光滤波器； 5-零色散光纤延时线； 6-第一光耦合器；
7-第二光隔离器； 8-第二光耦合器； 9-光电探测器；
10-实时示波器； 11-电脑。
具体实施方式
本公开提供了一种基于傅里叶锁模激光器(FDML)的光波长测量***，所述光波长测量***基于微波光子技术，利用快速可调光滤波器将傅里叶锁模激光信号的时频对应曲线调整成了类三角形，待测信号光和其拍频的结果做傅里叶短时变换可以得到两个峰的时间差，计算出待测信号光的波长。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
在本公开实施例中，提供一种基于傅里叶锁模激光器的光波长测量***，用于测量待测信号光的波长，图1为基于傅里叶锁模激光器的光波长测量***结构及链路示意图，如图1所示，所述基于傅里叶锁模激光器的光波长测量***，包括：
激光产生单元，生成三角型频时对应关系的傅里叶锁模激光信号；
第二光耦合器8，与所述激光产生单元相连，用于将待测信号光与所述激光产生单元生成的傅里叶锁模激光信号耦合，形成合束光；以及
信号探测和处理单元，与所述第二光耦合器8相连，用于将经所述第二光耦合器8形成的合束光进行探测与处理。
所述激光产生单元，包括半导体光放大器1，第一光隔离器2，任意波形发生器3，可调光滤波器4，零色散光纤延时线5，第一光耦合器6，以及第二光隔离器7，所述半导体光放大器1，第一光隔离器2，任意波形发生器3，可调光滤波器4，零色散光纤延时线5，第一光耦合器6，以及第二光隔离器7共同组成傅里叶锁模激光信号链路，等效于傅里叶锁模激光器，其中：
半导体光放大器1，电流注入下产生激光并使经过的光获得增益；
第一光隔离器2：与所述半导体光放大器1相连，隔离度高于30dB，用于保证光的单向传播；
可调光滤波器4：与所述第一光隔离器2相连，用于使傅里叶锁模激光信号时频关系呈现三角形；
所述可调光滤波器4精细度达1000以上，光谱范围15THz(120nm)，调谐频率2kHz～2.5kHz。
任意波形发生器3：连接于所述可调光滤波器4的一端，用于产生任意可调的电压信号；
零色散光纤延时线5：连接于所述可调光滤波器4的另一端，对链路中的光进行延时；
第一光耦合器6：与所述零色散光纤延时线5相连，具有分束作用，混合的光信号一部分输出到所述第二光耦合器8，一部分反馈回傅里叶锁模激光信号链路当中以保证谐振；
第二光隔离器7：与所述第一光耦合器6相连，隔离度高于30dB，保证光顺时针传播；
所述信号探测和处理单元包括：
光电探测器9，用于将所述经第二光耦合器8形成的合束光与待测信号光拍频；
实时示波器10，用于将所述光电探测器9拍频的结果数据实时采集；
电脑11，对所述实时示波器10所采集的数据进行数学处理。
所述实时示波器10：具有大的存储深度，用于采集足够的数据点进行计算；
所述电脑11：包括编写好的程序，用于获得拍频结果中的时间和计算待测信号光的波长。
其中，所述半导体光放大器1在电流注入下具有大带宽高增益的特性，起到两个作用，第一产生宽谱光作为***光源，第二放大所述宽谱光经过链路选模后的谐振光，在第一光隔离器2和第二光隔离器7的作用下保证光顺时针传播；任意波形发生器3驱动快速可调光滤波器4使傅里叶锁模激光信号输出光呈现三角形的时频对应关系，然后经过零色散光纤延时线5进入第一光耦合器6；第二光耦合器8将待测信号光与所述激光产生单元发出的光耦合合束进入光电探测器9，实现待测信号光和激光产生单元输出的激光拍频并用实时示波器10采集，之后通过电脑11对采集的信号做短时傅里叶变换计算待测光的波长。
在本公开实施例中，图2是傅里叶锁模激光器信号类三角波时频对应示意图，如图2所示，描述的是傅里叶锁模激光器信号类三角波时频对应关系，横坐标是时间轴，纵坐标是不同波长，在滤波器的变化下，波长随着时间呈现三角形的变化。而随着时间不变的波长则是待测信号光，如图所示，待测信号光会和傅里叶锁模激光器信号光出现两个交点，所述合束光进入光电探测器9之后两个交点地方即可实现拍频。
在本公开实施例中，图3是待测信号光和傅里叶锁模激光器信号光拍频结果示意图。结合图2和图3所示，所述合束光进入光电探测器后，图2中两个交点的地方出现拍频。对拍频结果进行短时傅里叶变换，横坐标是时间轴，纵坐标是归一化频率，在与图2对应的两个时间点上会出现拍频得到的两个峰值功率，如图3中所示，两个峰会远远高于背景噪声。由此得到两者时间差，通过时间差可以逆推出待测信号的频率。
所述半导体光放大器1，优选为基于有源光波导器件制成的具有大带宽和高增益的光放大器，因其具体结构为本领域技术人员所熟知，故在此不作赘述。
所述第一光隔离器2和第二光隔离器7，优选为基于法拉第效应的空间光隔离器或者光纤光隔离器，具有高的隔离度，保证光的单向传播性，因其具体结构为本领域技术人员所熟知，故在此不作赘述。
所述第一光耦合器6和第二光耦合器8，优选为基于倏逝波耦合的定向耦合器或基于多模干涉效应的多模干涉耦合器等具有分光作用的耦合器，因其具体结构为本领域技术人员所熟知，故在此不作赘述。
所述快速可调光滤波器4，优选为基于法布里珀罗谐振腔的光纤滤波器，其可调性基于可控压电陶瓷实现，具有超高精细度和超大自由光谱范围，因具体结构为本领域技术人员所熟知，故在此不作赘述。
所述零色散光纤延时线5，优选为色散光纤和色散补偿光纤组成的零色散光纤，用于增加链路的延时，因具体结构为本领域技术人员所熟知，故在此不作赘述。
所述快速可调滤波器4和零色散光纤延时线5共同保证了傅里叶锁模激光器信号的正常工作条件，使链路中光传播时间的整数倍等于快速可调滤波器的周期，满足傅里叶锁模的条件。
所述光电探测器9，优选为包括锗硅、磷化铟等材料制作的大带宽、高响应度的光电探测器，因具体结构为本领域技术人员所熟知，故在此不作赘述。
所述实时示波器10，优选为具有15M采样深度的实时示波器，因具体结构为本领域技术人员所熟知，故在此不作赘述。
所述电脑11，优选为包括基于MTLAB或其它软件编写的处理程序，用于完成峰值的识别和待测光的波长计算。
至此，已对本实施例基于傅里叶锁模激光器的光波长测量***说明完毕。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域的普通技术人员可对其结构进行简单地熟知地替换，例如：链路中的半导体光放大器可以采用掺饵光纤放大器代替，只需为链路提供足够的增益即可；可将快速可调滤波器更换成如基于微环谐振、片上波导形式的快速可调滤波器，或采用不同速率的滤波器即可；链路中可增加电放大器或者光放大器改变电信号和光信号的强度。并且，所附的附图是简化过且作为例示用。附图中所示的器件数量、形状及尺寸可依据实际情况而进行修改，且器件的配置可能更为复杂。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开基于傅里叶锁模激光器的光波长测量***有了清楚的认识。
综上所述，本公开提供了一种基于傅里叶锁模激光器的光波长测量***，所述光波长测量***基于微波光子技术，基于傅里叶锁模激光器的光波长测量***利用快速可调光滤波器将傅里叶锁模激光器输出激光的时频对应曲线调整成了类三角形，待测光和其拍频的结果做傅里叶短时变换可以得到两个峰的时间差，计算出待测光的波长。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于傅里叶锁模激光器的光波长测量***，包括：
激光产生单元，生成三角型频时对应关系的傅里叶锁模激光信号；
第二光耦合器(8)，与所述激光产生单元相连，用于将待测信号光与所述傅里叶锁模激光信号耦合，形成合束光；以及
信号探测和处理单元，与所述第二光耦合器(8)相连，用于将经所述第二光耦合器(8)形成的合束光进行探测与处理。
2.根据权利要求1所述的傅里叶锁模激光器的光波长测量***，所述激光产生单元，包括：
半导体光放大器(1)，电流注入下产生激光并使经过的光获得增益；
第一光隔离器(2)：与所述半导体光放大器(1)相连，用于保证光的单向传播；
可调光滤波器(4)：与所述第一光隔离器(2)相连，用于使傅里叶锁模激光信号时频关系呈现三角形；
任意波形发生器(3)：连接于所述可调光滤波器(4)的一端，用于产生任意可调的电压信号；
零色散光纤延时线(5)：连接于所述可调光滤波器(4)的另一端，对链路中的光进行延时；
第一光耦合器(6)：与所述零色散光纤延时线(5)相连，具有分束作用，混合的光信号一部分输出到所述第二光耦合器(8)，一部分反馈回傅里叶锁模激光信号链路当中以保证谐振；以及
第二光隔离器(7)：与所述第一光耦合器(6)相连，保证光顺时针传播。
3.根据权利要求1所述的傅里叶锁模激光器的光波长测量***，所述信号探测和处理单元包括：
光电探测器(9)，用于将所述经第二光耦合器(8)形成的合束光与待测信号光拍频；
实时示波器(10)，用于将所述光电探测器(9)拍频的结果数据实时采集；以及
电脑(11)，对所述实时示波器(10)所采集的数据进行数学处理。
4.根据权利要求2所述的傅里叶锁模激光器的光波长测量***，所述第一光隔离器(2)或第二光隔离器(7)的隔离度高于30dB。
5.根据权利要求2所述的傅里叶锁模激光器的光波长测量***，所述第一光隔离器(2)或第二光隔离器(7)包括：空间光隔离器或光纤光隔离器。
6.根据权利要求2所述的傅里叶锁模激光器的光波长测量***，所述可调光滤波器(4)精细度达1000以上，光谱范围15THz，调谐频率2kHz～2.5kHz。
7.根据权利要求2所述的傅里叶锁模激光器的光波长测量***，所述快速可调光滤波器(4)，包括：基于法布里珀罗谐振腔的光纤滤波器。
8.根据权利要求2所述的傅里叶锁模激光器的光波长测量***，所述第一光耦合器(6)或第二光耦合器(8)，包括：基于倏逝波耦合的定向耦合器或基于多模干涉效应的多模干涉耦合器。
9.根据权利要求2所述的傅里叶锁模激光器的光波长测量***，所述零色散光纤延时线(5)，包括：色散光纤和色散补偿光纤组成的零色散光纤。
10.根据权利要求2所述的傅里叶锁模激光器的光波长测量***，所述光电探测器(9)，制成材料包括：锗硅、磷化铟。
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2018
- 2018-11-01 CN CN201811295587.8A patent/CN109506788A/zh active Pending
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