1 南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
2 南京理工大学先进固体激光工信部重点实验室，江苏 南京 210094
3 中国电子科技集团公司第四十一研究所，山东 青岛 266555
提出一种基于短光纤延时自外差法的可见光波段单频激光线宽测量方法，利用短延时光纤减小可见光在石英光纤中的损耗并降低系统低频噪声，通过频谱信号平滑方法极大地提高频谱数据的信噪比，通过非线性最小二乘法拟合还原原始信号频谱，并最终计算出可见光波段激光线宽。构建可见光波段的延时自外差测量系统，搭建127 m和500 m延时光纤的可见光波段延时自外差测量装置，测得635 nm单频外腔半导体激光器线宽为29.4 kHz，与两个相同型号激光器互拍的测量结果接近，证明了基于短光纤延时自外差方法测量可见光单频激光器线宽的可行性。
测量 线宽测量 延时自外差法 可见光激光器 光学系统 光学学报
2023, 43(21): 2112006
1 北京交通大学 电子信息工程学院，北京00044
2 河北大学 物理科学与技术学院 光信息技术创新中心，河北保定07100
提出了一种基于3×3耦合器的非平衡迈克尔逊干涉仪和相位信号解调的激光器线宽测量系统，基于相位信号解调的微分交叉相乘算法，可对所采信号进行高速实时处理，快速给出待测激光器的频率噪声信息和线宽值。该系统光路结构简单，无须主动控制，测量结果重复性高。考虑采样信号是否同时包含源信号的最大值和最小值这一重要问题，在仿真和实验两种情况下着重讨论了对源信号进行采样窗口为0.5，0.4，0.1，0.05和0.01 s的采样对所测试激光器频率噪声功率谱密度的影响。仿真和实验均表明，使用采样窗口为0.1，0.05和0.01 s未同时包含源信号的最大值和最小值的采样信号计算获得的激光频率噪声功率谱密度幅值偏高。进一步使用β-分割线法对1.5 μm波段商用激光器和实验室自制的2 μm波段激光器进行线宽测量验证，结果表明，使用同时包含源信号最大值和最小值的采样信号处理得到1.5 μm波段商用激光器的线宽值在测量时间为2 ms时为5 kHz，同时本结论可拓展至全波段适用。
单频窄线宽激光器 线宽测量 频率噪声 相位信号解调 single-frequency narrow linewidth laser line width measurement frequency noise phase signal demodulation
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院，南京 210094
2 上海市计量测试技术研究院，上海 201203
3 中国电子科技集团公司第十三研究所，石家庄 050051
从显微成像测量线宽的理论模型出发，分析了限制测量精度的边缘定位误差因素，基于阶跃边缘衍射光强微分的灵敏探测原理，提出一种平移差分的微结构线宽显微测量方法，即使用压电陶瓷微位移平台微量移动待测微结构沟槽，两步平移并采集三幅对沟槽清晰成像的显微图像，显微图像依次相减得到两幅差分图，将线宽测量转为差分脉冲距离测量，利用差分脉冲在阶跃边缘附近梯度变化灵敏度高的特点，突破衍射极限，提高线宽测量精度；再用纳米精度压电陶瓷位移台标定与显微成像系统有关的倍率测量常数，以压电陶瓷位移台的高精度保证测量结果的准确性。以可溯源计量部门、线宽为30.00 μm的标准沟槽样板作为待测样品，10次测量得到线宽测量平均值30.03 μm，标准差0.005 μm，并对本方法进行了不确定度分析，最终得到合成不确定度为0.37%（）。
线宽测量 光学显微 平移差分 测量精度 衍射极限 Linewidth measurement Optical microscopy Translation difference Precision Diffraction limit
1 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院，广西 桂林 541004
2 广西光电信息处理重点实验室，广西 桂林 541004
3 长飞光纤光缆股份有限公司光纤光缆制备技术国家重点实验室，湖北 武汉 430073
4 大族激光科技产业集团股份有限公司，广东 深圳 518000
为了探究激光器线宽的综合特性，对波长可调谐窄线宽激光器的线宽进行了理论分析。搭建了基于非平衡马赫-曾德尔干涉结构的延时自外差测量系统，以研究波长可调谐窄线宽激光器的稳态及动态线宽特性。为了平衡线宽测量的速度和精度，完成了不同接收机带宽下的线宽测试。针对激光器波长连续调谐时产生的线宽展宽问题，通过控制激光器波长调谐时的步进量保持输出功率的稳定性，补偿了线宽的测量误差。该研究不仅能完善激光器线宽特性的研究，对光频域反射技术的研究也具有重要意义。
激光器 窄线宽激光器 线宽测量 延时自外差法 拍频法 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2114003
西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
光纤激光器的线宽是反映激光雷达空间分辨率与激光精密测量系统测量精度的重要指标，在工程实践中具有重要的应用价值。基于线宽测量与光自注入反馈法的基本理论对比加入优化结构前后光纤激光器的线宽，并通过实验探究光自注入双腔反馈结构对光纤激光器线宽特性的优化作用。搭建复合环形光纤激光器与自注入双腔反馈线宽优化结构，并采用延迟自外差法对输出光的线宽进行测量。实验结果表明，光自注入双腔反馈结构可以将光纤激光器的平均线宽从1.782 kHz进一步压缩到1.319 kHz，实现更窄线宽的激光输出。
激光器 单模激光器 掺铒激光器 线宽测量 自反馈 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1914002
1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出了一种基于短光纤循环延迟自外差技术测量亚千赫兹激光器线宽的方法。采用延迟长度仅为2 km的循环延迟自外差干涉仪,实现了一系列不同延迟时间拍频信号的同时测量。通过仿真拟合了多组高阶拍频信号的功率谱,获得激光器的平均线宽为944 Hz,该结果与传统拍频法测得的激光线宽基本一致。所提方法不仅可以避免单次测量误差,而且能有效减小1/f频率噪声引起的频谱加宽,可精密测量窄线宽激光器的线宽。
测量 窄线宽激光器 线宽测量 循环延迟自外差法 短延迟光纤 拍频信号
1 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
提出了一种基于时间分辨及傅里叶变换测量激光线宽的方法,其分辨率仅受限于傅里叶极限。在实验上通过时间分辨方法测量了半导体激光器和光纤激光器的线宽,并与射频频谱分析的方法进行比较。对两种激光器在不同积分时间内进行线宽测量,结果证明这种傅里叶极限线宽测量的方法相比于射频频谱分析的方法具有更小的测量误差,通过时间分辨方法获取频谱信息具有实时采集的优势。
激光器 线宽测量 时间分辨 傅里叶极限分辨率 激光与光电子学进展
2019, 56(8): 081402
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100089
激光线宽对光学相干探测系统的探测范围、精度和噪声特性都有重要影响。为精确测量半导体激光器的线宽值, 提出了通过解调短延时自外差的干涉谱来实现高精度窄激光线宽测量的新方法。搭建短延时的自外差干涉测量系统, 得到半导体激光器的干涉谱, 通过设计算法对干涉谱的相干包络进行解调, 最终获得了严格的洛伦兹线型谱和相应的谱线宽度, 通过理论分析、仿真和实验验证了该方法的可行性。该方法可以忽略因1/f频率噪声产生高斯展宽带来的影响, 与传统线宽测量方法相比, 该方法的测量结果更加精确。
半导体激光器 线宽测量 自外差干涉 相干包络解调 窄线宽 semiconductor laser linewidth measurement selfheterodyne interferometry coherent envelope demodulation narrow linewidth
为了测量分布反馈(DFB)单模半导体激光器线宽, 采用一种新颖的基于马赫-曾德尔干涉结构的光纤自外差测量方案, 设计了一套全光纤延时自外差法测量系统, 并进行了理论分析。在此基础上搭建了延时光纤长度分别为900m,3000m和6000m的窄带线宽测量系统, 对实验室一台中心波长为1550nm、标称线宽值为800kHz的DFB单模半导体激光器光源进行了测试, 测得激光器线宽值分别为951.566kHz,832.471kHz和802.221kHz, 并对所设计的方案进行了模拟仿真验证。结果表明, 与模拟仿真结果作对比, 延时光纤长度为6000m时的窄带线宽测量系统最优, 其误差在3%之内, 证明了所用自外差干涉原理的合理性和准确性。全光纤移频延时自外差法对测量DFB激光器线宽具有优越性和重要的实用价值。
激光技术 线宽测量 延时自外差 仿真 laser technique line-width measurement delay self-heterodyne simulation
1 中国科学院国家授时中心中国科学院时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出了一种激光线宽测量新方法—系统参数不敏感型循环损耗补偿循环延迟自外差法（LC-RDSHI）。通过对系统输出功率谱密度函数进行推导以及拍频功率谱仿真，分析讨论了该方法对系统参数不敏感的特性。在此基础上，搭建相应实验装置，观测了系统参数对LC-RDSHI输出功率谱的影响，发现实验观测结果与理论分析相吻合。此外，基于不同的实验系统参数，将本方法与传统的LC-RDSHI进行了线宽测量比较。结果表明，系统参数不敏感型LC-RDSHI具有更高的线宽测量精度，并且测试过程更加简单，从而具有更好的应用前景。
激光器 线宽测量 循环延迟自外差法 功率谱 系统参数 不敏感 光学学报
2016, 36(11): 1114001
