中国空间技术研究院 北京空间机电研究所，北京 100194
三通道355 nm光学鉴频器广泛应用在星载测风激光雷达回波信号鉴频过程中，是实现双边缘风速多普勒鉴频的核心元件，其指标与可靠性决定了系统的探测精度。研制了基于压电换能器(piezo-electric transducer, PZT)调谐的355 nm三通道标准具鉴频模块，模块有效口径35 mm，峰值透过率75%，自由光谱范围12.5 GHz，半高宽1.7 GHz。通过三通道测试系统对自由光谱范围、半高宽、峰值透过率、调谐系数等指标进行了测试。结果表明：当外部驱动电压为75 V时，峰值透过率分别为0.859、0.878和0.735，半高全宽分别为1.843 GHz、1.882 GHz和1.611 GHz，调谐系数为1.96 GHz/V、1.93 GHz/V和1.88 GHz/V。针对光学鉴频模块3个通道PZT调谐系数不一致的情况，分析出对风速误差的影响范围为±0.1 m/s。通过对闭环控制系统进行测试，该系统可实现对355 nm激光发射频率的实时锁定，解决了光学鉴频模块每次工作状态初始位置不一致带来的问题，提高了风速鉴频精度，可实现锁定时间长达30 min以上，满足了星载测风激光雷达的应用需求。另外，仿真研究表明：当三通道光学鉴频模块间隔变化0.08 nm时，引起的风速误差为1 m/s。
测风激光雷达 光学鉴频器 自由光谱范围 峰值透过率 闭环反馈控制 wind lidar optical frequency discriminator free spectral range peak transmittance closed-loop feedback control
安徽大学物理与材料科学学院, 安徽 合肥 230601
激光自混合干涉技术具有灵敏度高、易准直、可以实现非接触测量等优点。基于多纵模激光自混合干涉系统中自混合信号波形随外腔长度发生周期性变化的物理现象, 提出一种利用三纵模激光自混合振动传感系统测量激光器自由光谱范围 (FSR) 的新方案。结合干涉混频理论和三镜腔理论, 首次建立了三纵模激光自混合振动传感系统测量激光器 FSR 的理论模型并进行了仿真模拟。实验结果表明尾纤半导体激光器 FSR 受外部环境影响, 其变化范围为 163.93 ～ 175.64 GHz, 对应测量系统的位移分辨率和频率分辨率分别为 0.01 mm 和 1.91 GHz。所研究的激光器 FSR 测量系统具备分辨率高、系统紧凑、成本低廉等优势, 可适用于不同类型激光器自由光谱范围测量。
激光技术 激光自混合干涉技术 自由光谱范围 振动信号 波形分立 三纵模 laser techniques laser self-mixing technique free spectral range vibration signal waveform separation three-longitudinal mode
Faculty of Electrical Engineering and Computer Science, Ningbo University, Ningbo 315211, China
Frontiers of Optoelectronics
2017, 10(2): 144
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
提出了一种利用窄线宽激光作为测量光源, 对光学谐振腔自由光谱区、腔内共振激光波长进行精密测量而得到光学谐振腔腔长的方法。对光学谐振腔腔长的测量理论进行了严格推导, 通过理论模拟对测量条件及结果进行了分析讨论。以自行研制的线宽为1.9 Hz、频率不稳定度为1.7×10-14 s-1、中心波长为1550 nm的窄线宽激光作为光源, 对长度约100 mm的光学谐振腔腔长进行了精密测量。对光学谐振腔自由光谱区进行测量, 得到其腔长为0.10024407 m、精度为22 nm; 对光学谐振腔腔内共振激光波长进行测量, 得到其腔长为0.1002440884 m、精度为0.21 nm, 精度相对提高了2个量级。提出的方法有望促进基础物理研究、材料的物理属性精密测量及光纤传感等领域的发展。
测量 窄线宽激光 长度精密测量 共振干涉 自由光谱区 光学谐振腔
北京交通大学 全光网与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044
微型干涉仪在许多微传感领域有很高的应用价值。基于空芯光纤的全光纤Mach-Zehnder干涉仪成为了近些年研究的热点。研究了全光纤MZ干涉仪的传光原理及干涉机制。在参考前人对空芯光纤干涉仪研究的基础上, 提出了一种基于空芯光纤的新型MZ干涉仪。搭建实验环境对该结构的MZ干涉仪的传输谱进行了验证。实验得出, 当波长为1 550 nm, 传感臂长度为50 μm时, 自由波谱范围大约为140 nm。利用BPM法对该新型MZ干涉仪进行了仿真, 仿真结果符合理论预期。同时对激发出的高阶模式进行了仿真探讨, 并且得到辐射模的传输特性。
空芯光纤 Mach-Zehnder干涉仪 自由波谱范围 hollow-core optical fiber Mach-Zehnder interferometer free spectral range
1 北方工业大学电子信息工程学院, 北京 100144
2 北方工业大学计算机学院, 北京 100144
运用传输矩阵法对串联耦合微环谐振腔透射谱进行分析，得出微环谐振腔具有梳状滤波特性。当一个周期脉冲序列通过微环谐振腔时，微环谐振腔的透射梳状谱对脉冲序列的频率进行选择，使得输出脉冲序列的频率增加，经过傅里叶逆变换后的输出脉冲序列周期变小。结果表明，随着频率倍乘数的增加，环半径相同的双环谐振腔相较于单环谐振腔，其输出周期脉冲序列的幅值更统一，脉冲序列频率倍乘(PRRM)效果更好；而串联耦合环半径不同的双环谐振腔能够在减少微环弯曲损耗的同时扩展自由光谱范围(FSR)，从而实现较好效果的PRRM；优化微环谐振腔的耦合系数，其输出的脉冲序列包络呈三角形，实用性大大提高。
信号处理 微环谐振腔 脉冲序列频率倍乘 滤波 自由光谱范围 耦合系数 激光与光电子学进展
2016, 53(4): 040602
宁波大学 信息科学与工程学院,高等技术研究院, 浙江 宁波 315211
提出一种新颖的单片集成双微环耦合的双波长半导体激光器结构.集成于激光腔内的2个微环谐振腔作为模式选择滤波器,通过游标效应选择谐振模式,同时还可作为等效的反射镜面以形成行波腔.这种无需解理的行波激光腔代替了需要解理面的法布里-珀罗驻波腔.理论仿真表明,跟驻波腔结构相比,行波腔双微环激光器结构简单,可获得约34 mA的较低的阈值电流和大于31 dB的边模抑制比.合理地控制有源区的增益峰值和谐振模式分布,该激光器能提供一致性和稳定性较好的双波长激光输出.
微环谐振腔 双波长半导体激光器 自由光谱区模式 microring resonators dual-wavelength semiconductor laser free spectral range modes 强激光与粒子束
2015, 27(8): 081008
中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 太原 030051
为了验证光纤环形谐振腔的游标效应, 对不同长度的光纤环形谐振腔进行了研究。实验研究了长度分别为2.24m和2.52m光纤环形谐振腔透射谱频率的对应关系, 当谐振频率相同且自由频谱宽度个数差值为1时, 根据差值等分测量原理, 以其中一个谐振谱线作为标尺、另一个作为游尺, 对标尺的自由频谱宽度九等分, 得到游尺的最小测量分度为0.01GHz, 这与MATLAB理论仿真结果一致。结果表明, 通过改变谐振腔尺寸差, 增加自由频谱宽度的等分刻度数, 可以提高测量精度; 基于微谐振腔对外界环境变化的敏感特性, 谐振腔游标效应在高灵敏传感领域将具有潜在的应用。
光纤光学 环形谐振腔 游标效应 自由频谱宽度 fiber optics ring resonator vernier effect free spectral range
1 中国科学院光电研究院, 北京 100094
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院空间科学与应用研究中心, 北京 100190
法布里珀罗(F-P)干涉仪是一种多光束干涉仪，具有极高的光谱分辨率，一般用于研究光谱的精细结构。F-P干涉仪的应用受限于自由光谱范围，如果波长超过自由光谱范围，将无法得到光谱的精细结构。基于F-P干涉仪，采用方程组来描述干涉图与光谱曲线之间的关系，并通过奇异值分解方法来解方程组，求出宽谱段范围的光谱曲线，使F-P干涉仪成为一种多光束干涉光谱成像仪，可用于遥感等领域；但奇异值分解法求解光谱曲线，对图像噪声较为敏感，通过仿真结果可以看出，干涉图噪声需控制在0.2%以内才能较好地复原出光谱曲线。
光谱学 法布里珀罗干涉仪 光谱复原 自由光谱区 奇异值分解 谱分辨率
东南大学电子科学与工程学院, 江苏 南京 210096
介绍了一种基于相位调制干涉仪解调光链路的新型光纤长度测量系统。推导了光链路增益理论模型，分析了光纤干涉仪的两臂光程差和增益自由频谱范围（FSR）的关系，得出利用长度已标定光纤来计算待测光纤长度的方法。该测量方法和传统的光时域反射（OTDR）方法相比，无测量盲区且可以将测量精度由米量级提高到毫米量级；与光频域反射法（OFDR）和光相干域反射法（OCDR）相比，对光源的相干性要求显著降低。通过理论分析和实验验证，采用现有的67 GHz安捷伦网络分析仪可以测试的光纤最小相对长度为3 mm，在相对光纤长度100 m的情况下，测量误差小于0.05 mm。该系统的原理及结构都很简单，是一种具有实用价值的光纤长度测量方法。
光纤光学 相位调制光链路 光纤长度 增益 自由频谱范围
