窄線(xiàn)寬激光的特性與應用 - 筱曉光子AOL實(shí)驗室

激光器線(xiàn)寬，尤其是單頻激光器的線(xiàn)寬，是指其光譜的寬度（通常指半高全寬，FWHM）,以我們的一款1550nm寬光譜激光器（SLD）為例，測量它一半高度的光譜寬度，就是這個(gè)激光器的線(xiàn)寬，大約為40nm。

而窄線(xiàn)寬激光器的激光線(xiàn)寬在kHz量級，光譜呈針尖狀，廣泛用于傳感，雷達，測試測量，通信以及常規研究等應用。目前，市面上的光譜儀沒(méi)有哪一款分辨率是可以到kHz量級的。所以，用光譜儀直接測量窄線(xiàn)寬激光器線(xiàn)寬，是不可能測量出窄線(xiàn)寬激光器真正的光譜形狀的。比如說(shuō)，我們的DFB激光器，激光線(xiàn)寬應在2MHz，用光譜儀直接測量其光譜形狀如下。然而，光譜儀顯示激光器的線(xiàn)寬（3.0dB Width）為0.078nm，與實(shí)際情況相差甚遠。這是因為我們使用的光譜儀本身的分辨率（Res）是0.07nm，它不可能測量出小于它本身分辨率的寬度。因此，這個(gè)0.078nm不是激光器的線(xiàn)寬，而是光譜儀自身的最小測量寬度。

那么，如何測量窄線(xiàn)寬激光器真實(shí)的線(xiàn)寬呢？我們有許多間接的手段可以把窄線(xiàn)寬激光器的線(xiàn)寬呈現出來(lái)。

線(xiàn)寬測量方法：

 線(xiàn)寬測試系統圖 

我們采用延時(shí)自外差法對其線(xiàn)寬進(jìn)行了測量，它是一種精準測量單縱模窄線(xiàn)寬激光器線(xiàn)寬較好的方法。對于延時(shí)自外差法系統,激光器發(fā)出的光波經(jīng)耦合器分成兩路，一路經(jīng)過(guò)光纖延遲線(xiàn)，另一路經(jīng)過(guò)聲光調制器進(jìn)行移頻，兩路光波自身光頻非常大(可高達幾百太赫茲以上)，但是經(jīng)過(guò)移頻，頻移量有幾十到幾百兆赫茲，此時(shí)兩路光頻相差僅為頻移量，遠遠小于光波本身頻率，滿(mǎn)足拍頻條件。頻譜分析儀測量的為相干疊加后得到的光電流譜線(xiàn)，此時(shí)可從延時(shí)光電流譜線(xiàn)測定窄線(xiàn)寬激光器的線(xiàn)寬。下圖是我們近期對窄線(xiàn)寬激光的測試結果。測量-20dB處的線(xiàn)寬，然后除以20，也就是1.7kHz，就是激光器的線(xiàn)寬。

 窄線(xiàn)寬激光器線(xiàn)寬測試圖 

 LD-PD RIO相位噪聲對比圖 

DVS系統：

DVS系統，是光纖分布式振動(dòng)傳感系統，是將光纖本身作為傳感器件，反饋光纖在不同位置的振動(dòng)，溫度，應力等變量，并實(shí)現精確定位的系統。這種系統采用的是φ-OTDR技術(shù)，對激光光源的線(xiàn)寬要求很高，最好要達到kHz量級。下圖是我們之前使用RIO窄線(xiàn)寬激光器研發(fā)的DVS低成本系統。使用的激光線(xiàn)寬越窄，識別的振動(dòng)位置精度就越高。

DVS系統示意圖