窄线宽半导体激光器线宽测量系统的设计与实现

摘要

窄线宽半导体激光器在光学测量和光通信领域有着十分广泛的应用。在许多系统中，如全光纤测速干涉仪，光纤载波传输系统等，激光器的线宽特性对于系统精度有着决定性的作用。 本文分析了单纵模窄线宽半导体激光器的发光机理和光谱特性；基于光纤马赫一曾德干涉结构，设计了全光纤自外差线宽测量系统，具有精度高，结构简单，应用范围广等优点。通过分析光电流谱和光源光谱二者之间的关系，以及光纤长度，光电探测器性能等对系统的影响，本文对具体的测试方案进行了讨论，提出了利用短光纤自外差零拍法测量窄线宽半导体激光器线宽的方法。本文采用了编写软件的方法替代了传统的硬件频谱仪，使得仪器结构更加紧凑，成本也得到降低。本文最后利用数学工具Matlab对所设计的方案进行了模拟，并依据仿真结果搭建了延时光纤长度为500m的线宽测量系统，对实验室一台中心波长为1550nm，标称线宽值为160Khz的DFB单模半导体激光器光源进行了测试，测试结果为152.6Khz，其精度在理想范围内。实验结果证明了全光纤自外差线宽测量系统在窄线宽激光器线宽测量领域的优越性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究背景和意义

1.2光谱线宽测试系统的发展

1.3本文主要研究内容

2光纤外差法测量激光器线宽基本原理

2.1半导体激光器光谱线型及谱宽特性分析

2.1.1单色光和准单色光的时频特性分析对比

2.1.2光源光场功率谱密度分析

2.2光纤马赫—曾德干涉系统分析

2.2.1马赫—曾德光纤干涉仪的系统结构

2.2.2光源线宽对光纤干涉仪的影响

2.3基于马赫—曾德系统的外差法测量光源线宽

2.3.1自外差测量系统的设计

2.3.2光电流功率谱密度分析

2.4本章小结

3光纤外差法线宽测量系统方案设计分析

3.1长光纤法测量线宽的方案设计

3.1.1长光纤法测量线宽的基本原理

3.1.2长光纤法测量激光线宽对整体光路的具体要求

3.2短光纤法测量激光线宽方案设计

3.2.1短光纤法测量激光线宽原理

3.2.2短光纤法测量激光线宽的具体实现

3.2.3短光纤法分辨率及系统误差分析

3.3本章小结

4基于Matlab的系统仿真及实际光源线宽测试

4.1对长光纤法测量激光线宽的仿真

4.2对短光纤法测量激光线宽的仿真

4.3短光纤法测量激光线宽实验

4.3.1短光纤法线宽测量系统的搭建

4.3.2短光纤法线宽测量系统的参数分析

4.3.3实验数据及误差分析

4.4本章小结

5系统改进方案及误差来源分析

5.1加声光移频器的系统原理分析

5.2光纤色散特性对系统的影响

5.3光电探测器件噪声分析

5.3.1散粒噪声对系统的影响

5.3.2热噪声对系统的影响

5.4本章小结

6全文总结

致 谢

参考文献