發(fā)布時間：2021-03-30 13:06

　　針對激光器頻率調(diào)諧系數(shù)測試應用的需求,提出了基于空心光子晶體光纖的激光器頻率調(diào)諧系數(shù)測試裝置的方案。首先,對測試裝置的總體方案、光子晶體光纖諧振腔的基本結(jié)構(gòu)進行設(shè)計,重點完成了激光器頻率調(diào)諧系數(shù)測試方法的數(shù)值計算和機理分析;之后,完成了光子晶體光纖諧振腔的設(shè)計和加工,并搭建了激光器頻率調(diào)諧系數(shù)測試裝置;最后,對目前常用的窄線寬光纖激光器和半導體激光器進行頻率調(diào)諧系數(shù)測試。光纖激光器的電壓-頻率調(diào)諧系數(shù)為17.6 MHz/V,與激光器出廠指標基本吻合,而且光纖激光器的頻率調(diào)諧系數(shù)在調(diào)諧范圍內(nèi)具有良好的一致性。半導體激光器在調(diào)諧范圍內(nèi)的調(diào)諧系數(shù)不均勻,容易受環(huán)境的影響,測得電流-頻率調(diào)諧系數(shù)的平均值為30.9 MHz/mA。研究結(jié)果表明,測試裝置的精度遠高于商用波長計,并且具有良好的長期穩(wěn)定性,充分體現(xiàn)出了空心光子晶體光纖諧振腔作為頻率基準進行頻率檢測所具有的測頻精度高、溫度漂移小的技術(shù)優(yōu)勢。 

【文章來源】：中國激光. 2020,47(03)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

基于空心光子晶體光纖諧振腔的頻率調(diào)諧系數(shù)測試裝置

根據(jù)(2)式對空心光子晶體光纖諧振腔在不同輸出光頻率下的諧振輸出光強進行仿真,仿真結(jié)果如圖2所示,其中dFSR為諧振腔的自由譜線寬度。由圖2可見:隨著激光器輸出光頻率的變化,探測器端顯示為不同的光強輸出,總體表現(xiàn)為暗背景下的亮條紋;當激光器中心頻率等于諧振腔的諧振頻率時,諧振腔的輸出具有最大的光強,表現(xiàn)為典型的透射式諧振曲線。進一步分析可以發(fā)現(xiàn)諧振曲線的信噪比隨著諧振腔耦合損耗的增大而逐漸劣化,因此,需要對空心光子晶體光纖諧振腔的輸入輸出耦合損耗進行精密控制。自由譜線寬度定義為兩個相鄰諧振信號的頻差,即

在數(shù)字信號處理及控制模塊中,分別根據(jù)(6)式和(7)式進行光纖激光器和半導體激光器頻率調(diào)諧系數(shù)的解算處理。具體的信號處理流程如圖3所示。首先給檢測電路通電,初始化程序。然后從控制器內(nèi)部讀取根據(jù)(3)式求得的dFSR參數(shù),隨后程序產(chǎn)生低頻線性鋸齒波信號,該信號經(jīng)信號處理電路放大后施加于激光器的頻率控制端,此時由于諧振腔的諧振效應,在探測器端會觀察到明顯的透射式諧振峰信號,控制器控制AD轉(zhuǎn)換器進行諧振信號和掃頻鋸齒波信號的同步采樣,并對相鄰諧振峰極點所對應的鋸齒波電壓進行記錄,然后通過減法器相減,求得單個dFSR所對應的電壓變化ΔV。隨后在現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)內(nèi)部按照(6)式進行電壓-頻率調(diào)諧系數(shù)的解算,隨后根據(jù)控制命令字進行激光器類型的判定:若為光纖激光器,則直接將解算得到的電壓-頻率調(diào)諧系數(shù)作為光纖激光器的電壓-頻率調(diào)諧系數(shù),并輸出;若為半導體激光器,則將電壓調(diào)諧系數(shù)除以數(shù)字信號處理及控制模塊中驅(qū)動控制部分的電壓-電流增益G,得到半導體激光器的電流-頻率調(diào)諧系數(shù)。接著根據(jù)單次測頻速率以及上位機串口傳輸速率進行多點采樣,并進行濾波處理,以提升頻率調(diào)諧系數(shù)的測試精度;最終通過數(shù)字通信接口將測得的頻率調(diào)諧系數(shù)上傳給上位機,并通過顯示器實時顯示。

【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：3109558