窄線寬激光的特性與應(yīng)用 - 筱曉光子AOL實(shí)驗(yàn)室測(cè)試

激光器線寬，尤其是單頻激光器的線寬，是指其光譜的寬度（通常指半高全寬，F(xiàn)WHM）,以我們的一款1550nm寬光譜激光器（SLD）為例，測(cè)量它一半高度的光譜寬度，就是這個(gè)激光器的線寬，大約為40nm。

而窄線寬激光器的激光線寬在kHz量級(jí)，光譜呈針尖狀，廣泛用于傳感，雷達(dá)，測(cè)試測(cè)量，通信以及常規(guī)研究等應(yīng)用。目前，市面上的光譜儀沒有哪一款分辨率是可以到kHz量級(jí)的。所以，用光譜儀直接測(cè)量窄線寬激光器線寬，是不可能測(cè)量出窄線寬激光器真正的光譜形狀的。比如說，我們的DFB激光器，激光線寬應(yīng)在2MHz，用光譜儀直接測(cè)量其光譜形狀如下。然而，光譜儀顯示激光器的線寬（3.0dB Width）為0.078nm，與實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)。這是因?yàn)槲覀兪褂玫墓庾V儀本身的分辨率（Res）是0.07nm，它不可能測(cè)量出小于它本身分辨率的寬度。因此，這個(gè)0.078nm不是激光器的線寬，而是光譜儀自身的最小測(cè)量寬度。

那么，如何測(cè)量窄線寬激光器真實(shí)的線寬呢？我們有許多間接的手段可以把窄線寬激光器的線寬呈現(xiàn)出來。

線寬測(cè)量方法：

 線寬測(cè)試系統(tǒng)圖 

我們采用延時(shí)自外差法對(duì)其線寬進(jìn)行了測(cè)量，它是一種精準(zhǔn)測(cè)量單縱模窄線寬激光器線寬較好的方法。對(duì)于延時(shí)自外差法系統(tǒng),激光器發(fā)出的光波經(jīng)耦合器分成兩路，一路經(jīng)過光纖延遲線，另一路經(jīng)過聲光調(diào)制器進(jìn)行移頻，兩路光波自身光頻非常大(可高達(dá)幾百太赫茲以上)，但是經(jīng)過移頻，頻移量有幾十到幾百兆赫茲，此時(shí)兩路光頻相差僅為頻移量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光波本身頻率，滿足拍頻條件。頻譜分析儀測(cè)量的為相干疊加后得到的光電流譜線，此時(shí)可從延時(shí)光電流譜線測(cè)定窄線寬激光器的線寬。下圖是我們近期對(duì)窄線寬激光的測(cè)試結(jié)果。測(cè)量-20dB處的線寬，然后除以20，也就是1.7kHz，就是激光器的線寬。

 窄線寬激光器線寬測(cè)試圖 

 LD-PD RIO相位噪聲對(duì)比圖 

DVS系統(tǒng)：

DVS系統(tǒng)，是光纖分布式振動(dòng)傳感系統(tǒng)，是將光纖本身作為傳感器件，反饋光纖在不同位置的振動(dòng)，溫度，應(yīng)力等變量，并實(shí)現(xiàn)精確定位的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)采用的是φ-OTDR技術(shù)，對(duì)激光光源的線寬要求很高，最hao要達(dá)到kHz量級(jí)。下圖是我們之前使用RIO窄線寬激光器研發(fā)的DVS低成本系統(tǒng)。使用的激光線寬越窄，識(shí)別的振動(dòng)位置精度就越高。

 DVS系統(tǒng)示意圖