一种激光器的噪声基底测试方法及装置

摘要

本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种激光器的噪声基底测试方法及装置。一种激光器的噪声基底测试方法，包括步骤：将测试激光器的第一光信号和测试激光器经过相位调节后的第二光信号耦合成两路输出；输出两路光信号的功率差/光信号幅度差，并转化成电信号；通过频谱仪在频域内显示输出电信号的频谱特性，形成基于频域的频率噪声功率谱密度；根据频率噪声功率谱密度的谷值，获取谷值处所对应预设频域范围的平均值，作为测试激光器的噪声基底。本发明直接测量激光器的噪声基底，结构简单，精确度高，操作方便；配合计算机，瞬时且准确计算出测试激光器的噪声基底和线宽，效率高。

权利要求

1.一种激光器的噪声基底测试方法，其特征在于：包括步骤：

步骤S11、将测试激光器的第一光信号和测试激光器经过相位调节后的第二光信号耦合成两路输出；

步骤S12、输出两路光信号的功率差/光信号幅度差，并转化成电信号；

步骤S13、通过频谱仪在频域内显示输出电信号的频谱特性，形成基于频域的频率噪声功率谱密度；

步骤S21、根据频率噪声功率谱密度的谷值；

步骤S22、计算谷值的预设倍数N所对应的X值；

步骤S23、获取频率噪声功率谱密度中小于X值的部分作为预设频域范围；

步骤S24、在预设频域范围内，获取频率噪声功率谱密度的平均值，得到测试激光器的噪声基底。

2.根据权利要求1所述的噪声基底测试方法，其特征在于，所述步骤S11中的相位调节为：调节传输光信号的光纤的有效长度，以调节光信号的光波相位。

3.根据权利要求1或2所述的噪声基底测试方法，其特征在于：所述相位调节的相位差为π/4。

4.根据权利要求1所述的噪声基底测试方法，其特征在于，所述步骤S13中形成基于频域的频率噪声功率谱密度为：横坐标单位为频率(HZ)且纵坐标单位为S_δv(Hz^2/Hz)的曲线图。

5.一种激光的噪声基底测试装置，其特征在于：包括1X2光耦合器、相位调节器、2X2光耦合器、光平衡接收器和频谱仪，所述1X2光耦合器的一输出端经过相位调节器与2X2光耦合器的一输入端连接，其另一输出端直接与2X2光耦合器的另一输入端连接，其输入端接入测试激光器的光信号，所述2X2光耦合器的两输出端分别与光平衡接收器的两输入端连接，所述频谱仪与光平衡接收器的输出端连接；其中，所述光平衡接收器输出两路光信号的功率差/光信号幅度差，并转化成电信号，所述频谱仪在频域内显示输出电信号的频谱特性，形成基于频域的频率噪声功率谱密度；所述噪声基底测试装置还包括接收基于频域的频率噪声功率谱密度的处理器，所述处理器根据频率噪声功率谱密度的谷值，计算谷值的预设倍数N所对应的X值，获取频率噪声功率谱密度中小于X值的部分作为预设频域范围，在预设频域范围内，获取频率噪声功率谱密度的平均值，得到测试激光器的噪声基底。

6.根据权利要求5所述的噪声基底测试装置，其特征在于：所述噪声基底测试装置还包括传输光纤，所述传输光纤一端与测试激光器连接，其一端与1X2光耦合器的输入端连接。

7.根据权利要求5所述的噪声基底测试装置，其特征在于：所述相位调节器为光纤有效长度调节器，以调节传输光信号的光纤的有效长度。

8.根据权利要求5所述的噪声基底测试装置，其特征在于：所述处理器为专用独立处理设备，或者安装有处理程序的计算机。

说明书

一种激光器的噪声基底测试方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种激光器的噪声基底测试方法及装置。

背景技术

[0002] 随着相干光检测技术的发展，出现了针对激光器的噪声基底的测试需求。其中，噪声基底(Noise Floor表示为NF，单位Hz)为接收信噪比为0dB时，接收机能够感知的最小信号强度，以及，噪声限制了一个系统能够处理的最小信号。

[0003] 激光器的噪声基底主要用于直接体现激光器的谱线宽度(即线宽，Linewidth表示为LW，单位Hz)，激光器的噪声基底与激光器的线宽成正比，关系为：LW＝π·NF。以及，激光器的线宽，就是激光器在光谱上的光波长范围，波长λ通常用对应的频率f表示，关系为：C＝f·λ。其中，C表示光速。

[0004] 可参考图1，图1是激光器的光功率谱密度分布，图中的FWHM(半高全宽)定义为光功率谱密度值等于峰值一半的点之间的波长(或频率)间距，FWHM就是激光器的线宽。

[0005] 然而，本领域中并没有直接测量激光器的噪声基底的成熟方法。

发明内容

[0006] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种激光器的噪声基底测试方法及装置，解决本领域中并没有直接测量激光器的噪声基底的成熟方法的问题。

[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光器的噪声基底测试方法，包括步骤：

[0008] 步骤S11、将测试激光器的第一光信号和测试激光器经过相位调节后的第二光信号耦合成两路输出；

[0009] 步骤S12、输出两路光信号的功率差/光信号幅度差，并转化成电信号；

[0010] 步骤S13、通过频谱仪在频域内显示输出电信号的频谱特性，形成基于频域的频率噪声功率谱密度；

[0011] 步骤S20、根据频率噪声功率谱密度的谷值，获取谷值处所对应预设频域范围的平均值，作为测试激光器的噪声基底。

[0012] 其中，较佳方案是，所述步骤S11中的相位调节为：调节传输光信号的光纤的有效长度，以调节光信号的光波相位。

[0013] 其中，较佳方案是：所述相位调节的相位差为π/4。

[0014] 其中，较佳方案是，所述步骤S13中形成基于频域的频率噪声功率谱密度为：横坐标单位为频率(HZ)且纵坐标单位为S_δv(Hz^2/Hz)的曲线图。

[0015] 其中，较佳方案是：所述步骤S20中预设频域范围的设置步骤包括：

[0016] 步骤S22、计算谷值的预设倍数N所对应的X值；

[0017] 步骤S23、获取频率噪声功率谱密度中小于X值的部分作为预设频域范围。

[0018] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光的噪声基底测试装置，包括1X2光耦合器、相位调节器、2X2光耦合器、光平衡接收器和频谱仪，所述1X2光耦合器的一输出端经过相位调节器与2X2光耦合器的一输入端连接，其另一输出端直接与2X2光耦合器的另一输入端连接，其输入端接入测试激光器的光信号，所述2X2光耦合器的两输出端分别与光平衡接收器的两输入端连接，所述频谱仪与光平衡接收器的输出端连接；其中，所述光平衡接收器输出两路光信号的功率差/光信号幅度差，并转化成电信号，所述频谱仪在频域内显示输出电信号的频谱特性，形成基于频域的频率噪声功率谱密度。

[0019] 其中，较佳方案是：所述噪声基底测试装置还包括接收基于频域的频率噪声功率谱密度的处理器，所述处理器根据频率噪声功率谱密度的谷值，获取谷值处所对应预设频域范围的平均值，作为测试激光器的噪声基底。

[0020] 其中，较佳方案是：所述噪声基底测试装置还包括传输光纤，所述传输光纤一端与测试激光器连接，其一端与1X2光耦合器的输入端连接。

[0021] 其中，较佳方案是：所述相位调节器为光纤有效长度调节器，以调节传输光信号的光纤的有效长度。

[0022] 其中，较佳方案是：所述处理器为专用独立处理设备，或者安装有处理程序的计算机。

[0023] 本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明直接测量激光器的噪声基底，结构简单，精确度高，操作方便；配合计算机，瞬时且准确计算出测试激光器的噪声基底和线宽，效率高。

附图说明

[0024] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

[0025] 图1是现有技术激光器的光功率谱密度分布的示意图；

[0026] 图2是本发明噪声基底测试方法的流程示意图；

[0027] 图3是本发明基于频域的频率噪声功率谱密度的曲线示意图；

[0028] 图4是图3的谷值放大示意图；

[0029] 图5是本发明获取谷值处所对应预设频域范围的平均值的流程示意图；

[0030] 图6是本发明输出两路光信号的功率差/光信号幅度差的电信号强度的曲线示意图；

[0031] 图7是本发明一种激光的噪声基底测试装置的结构示意图；

[0032] 图8是本发明基于处理器的噪声基底测试装置的结构示意图。

具体实施方式

[0033] 现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

[0034] 如图2所示，本发明提供一种噪声基底测试方法的优选实施例。

[0035] 一种激光器的噪声基底测试方法，包括步骤：

[0036] 步骤S11、将测试激光器的第一光信号和测试激光器经过相位调节后的第二光信号耦合成两路输出；

[0037] 步骤S12、输出两路光信号的功率差/光信号幅度差，并转化成电信号；

[0038] 步骤S13、通过频谱仪在频域内显示输出电信号的频谱特性，形成基于频域的频率噪声功率谱密度；

[0039] 步骤S20、根据频率噪声功率谱密度的谷值，获取谷值处所对应预设频域范围的平均值，作为测试激光器的噪声基底。

[0040] 具体地，将测试激光器发射的光信号耦合分光成两路光信号，分别是第一光信号和第二光信号，所述第二光信号经过相位调节后与第一光信号耦合，再分成两路光信号输出；将输出的两路光信号进行处理，获取两路光信号的功率差/光信号幅度差，并转化为电信号输出；频谱仪根据电信号在频域内显示输出电信号的频谱特性，即形成基于频域的频率噪声功率谱密度。优选地，形成基于频域的频率噪声功率谱密度为横坐标单位为频率(HZ)且纵坐标单位为S_δv(Hz^2/Hz)的曲线图，可参考图3，此时，向右侧当频率趋向于无穷大时，所对应的趋向线所对应的纵坐标取值范围，可认为是测试激光器的噪声基底，当然，此值为估量值，还需通过步骤S20进一步获取一精确值。

[0041] 以及，参考图4，在获取基于频域的频率噪声功率谱密度的基础上，获取所述频率噪声功率谱密度的谷值，即最小值，以及获取谷值处所对应预设频域范围的平均值，得到测试激光器的噪声基底。优选地，所述预设频域范围应该是指以谷值为中心，向两侧分别划出两相同区域，两区域内结合形成预设频域范围。

[0042] 例如，并参考图5，提供步骤S20的具体实施例。

[0043] 步骤S21、根据频率噪声功率谱密度的谷值；

[0044] 步骤S22、计算谷值的预设倍数N所对应的X值；

[0045] 步骤S23、获取频率噪声功率谱密度中小于X值的部分作为预设频域范围；

[0046] 步骤S24、在预设频域范围内，获取频率噪声功率谱密度的平均值，得到测试激光器的噪声基底。

[0047] 其中，优选采用预设倍数10，获取谷值Y和10Y，10Y为X，并获取谷值与X值之间的闭合曲线的平均值。

[0048] 在本实施例中，所述步骤S11中的相位调节为：调节传输光信号的光纤的有效长度，以调节光信号的光波相位。并且，所述相位调节的相位差为π/4。

[0049] 具体的，可参考图6，输出两路光信号的功率差/光信号幅度差分别为Out1和Out2，所谓Out1和Out2的差值(功率差/光信号幅度差)为Out1‑Out2，假设Out1＝1mW,Out2＝1mW,则光平衡接收器输出电信号＝0V；假设Out1＝1mW,Out2＝0mW,则光平衡接收器输出电信号＝1V；假设Out1＝0mW,Out2＝1mW,则光平衡接收器输出电信号＝‑1V；假设Out1＝0mW,Out2＝0mW,则光平衡接收器输出电信号＝0V。

[0050] 所述公式表示为：

[0051]

[0052]

[0053] 其中，A0和Ф0均为常数，在Out1和Out2中并不相等；一般情况下A0_out1约等于A0_out2，Ф0_out1约等于Ф0_out2并且约等于零。相位差ΔФ(图6中横坐标)为2个臂之间的光程差。

[0054] 假设Ф0＝0，A0＝1时，当ΔФ等于45deg时，光平衡接收器输出(即图2中的实线，电信号强度)为Out1和Out2之差为零；如果ΔФ上附加了噪声(相位噪声)此时可以获得最大的相位噪声强度(实线的斜率)，并进行后续传输。

[0055] 如图7所示，本发明提供一种激光的噪声基底测试装置的优选实施例。

[0056] 一种激光的噪声基底测试装置，包括1X2光耦合器、相位调节器、2X2光耦合器、光平衡接收器和频谱仪，所述1X2光耦合器的一输出端经过相位调节器与2X2光耦合器的一输入端连接，其另一输出端直接与2X2光耦合器的另一输入端连接，其输入端接入测试激光器的光信号，所述2X2光耦合器的两输出端分别与光平衡接收器的两输入端连接，所述频谱仪与光平衡接收器的输出端连接；其中，所述光平衡接收器输出两路光信号的功率差/光信号幅度差，并转化成电信号，所述频谱仪在频域内显示输出电信号的频谱特性，形成基于频域的频率噪声功率谱密度。

[0057] 具体的，将测试激光器与1X2光耦合器的输入端连通，优选所述噪声基底测试装置还包括传输光纤，所述传输光纤一端与测试激光器连接，其一端与1X2光耦合器的输入端连接，所述测试激光器可拆装至传输光纤一端，或者通过传输光纤可拆装至1X2光耦合器的输入端；以及，激光器长生激光，并发送至1X2光耦合器中，1X2光耦合器分成两路光输出，一路光作为第一光信号并直接输入至2X2光耦合器的一输入端，另一路光作为第二光信号并经过相位调节器进行相位调节后，再输入至2X2光耦合器的另一输入端，后通过2X2光耦合器的两输出端输出，并输出入至光平衡接收器的两输入端中，在光平衡接收器中，输出两路光信号的功率差/光信号幅度差，并转化成电信号，传输至频谱仪中，在频谱仪中显示出横坐标单位为频率(HZ)且纵坐标单位为S_δv(Hz^2/Hz)的曲线图。

[0058] 其中，所述相位调节器为光纤有效长度调节器，以调节传输光信号的光纤的有效长度。优选伸缩调节在一个波长范围内，即1.5微米。

[0059] 在本实施例中，并参考图8，所述噪声基底测试装置还包括接收基于频域的频率噪声功率谱密度的处理器，所述处理器根据频率噪声功率谱密度的谷值，获取谷值处所对应预设频域范围的平均值，作为测试激光器的噪声基底。当然，所述处理器为专用独立处理设备，或者安装有处理程序的计算机，可以自动量化所述激光器的噪声基底，并且，瞬时且准确计算出测试激光器的噪声基底和线宽。

[0060] 在本实施例中，提供各功能模块的优选方案。1X2光耦合器和2X2光耦合器可参考型号为THORLABS公司10202A单模光纤耦合器系列；相位调节器可参考型号为THORLABS公司的LN系列Phase Modulator；光平衡接收器可参考型号为FINISAR公司的BPDV系列Balanced Photodetector；频谱仪又称频谱分析仪，可参考型号为Keysight/安捷伦N90 X系列频谱仪。

[0061] 以上所述者，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。