单频窄线宽光纤激光器是一种能够产生单一频率且光谱线宽极窄(通常小于100kH)的激光光源。
1.光学谐振腔:窄线宽激光器包含一个光学谐振腔,该腔由两个反射镜构成,其中一个镜片具有非常高的反射率,而另一个镜片具有较低的反射率。这种配置使得光能在腔中来回多次反射,形成干涉增强。
2.工作物质:光学谐振腔内填充了适当的激光介质或激光材料,如半导体材料、气体等。这些材料具有能级结构,可以通过吸收外部能量而实现激发。
3.激励源:窄线宽激光器需要外部的激励源来提供能量,使得工作物质中的电子处于激发态。常见的激励源包括电流注入、光泵浦等。通过激励源的作用,工作物质中的电子从低能级跃迁到高能级。
4.受激辐射:当工作物质中的电子从高能级退回到低能级时,会释放出能量,产生光子。这些光子在光学谐振腔中多次反射,与其他光子相互激发和干涉,形成一束相干的激光。
5.输出耦合:光学谐振腔的一个镜片是输出镜,其反射率较低。一部分激光通过输出镜逸出腔外,形成输出光。为了保持腔内的能量平衡,一部分激光也通过输出镜重新进入腔内,与之前的激光产生干涉。
单频窄线宽光纤激光器的测定步骤:
1.强度噪声测量:通过光电探测器将激光信号转换为电信号,接入频谱分析仪测量其在频域的噪声电压,同时用数字万用表测量电信号的直流电压大小,经计算得到激光器的相对强度噪声。
2.频率噪声测量:利用基于非平衡迈克尔逊光纤干涉仪的光相位解调器联合相位生成载波技术(PGC)进行测量。当激光信号经过非平衡干涉仪时,光频波动引起相位变化并转化为干涉仪输出光场强度变化,干涉仪输出信号经光电探测器转为电信号后由相位解调仪基于 PGC 方案解调,解调出的干涉相位项即为激光器和解调干涉系统的相位噪声,结果由频谱仪分析。
3.线宽测量:采用基于马赫 -泽德光纤干涉仪的延时自外差法。将一束激光信号分为两束,一路经过光纤延迟线,另一路经过声光调制器移频,两路光在满足拍频条件下相干叠加,通过光电探测器转换后由频谱分析仪测量光电流谱线,从而确定激光器的线宽。