針對激光器頻率調(diào)諧系數(shù)測試應(yīng)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(jìn)行設(shè)計(jì),重點(diǎn)完成了激光器頻率調(diào)諧系數(shù)測試方法的數(shù)值計(jì)算和機(jī)理分析;之后,完成了光子晶體光纖諧振腔的設(shè)計(jì)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(dǎo)體激光器進(jìn)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(biāo)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(dǎo)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(yuǎn)高于商用波長計(jì),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(zhǔn)進(jìn)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(qiáng)進(jìn)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(qiáng)輸出,總體表現(xiàn)為暗背景下的亮條紋;當(dāng)激光器中心頻率等于諧振腔的諧振頻率時(shí),諧振腔的輸出具有最大的光強(qiáng),表現(xiàn)為典型的透射式諧振曲線。進(jìn)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(jìn)行精密控制。自由譜線寬度定義為兩個(gè)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(jìn)行光纖激光器和半導(dǎo)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(shí)由于諧振腔的諧振效應(yīng),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(jìn)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(diǎn)所對應(yīng)的鋸齒波電壓進(jìn)行記錄,然后通過減法器相減,求得單個(gè)dFSR所對應(yīng)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(jìn)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(jìn)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(dǎo)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(dǎo)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(jī)串口傳輸速率進(jìn)行多點(diǎn)采樣,并進(jìn)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(jī),并通過顯示器實(shí)時(shí)顯示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3109558