定义
测量激光线宽的技术,基于光束与其自身经过时间延时后的光之间的拍音得到。
自外差方法[1]是一种用于测量激光器线宽(光谱宽度)的外差技术,尤其是单频激光器。基本装置如图1所示。一部分激光光束进入长光纤中从而得到时间延迟。另一部分光束则进入由恒定频率(通常为几十 MHz)驱动的声光调制器(AOM),使光束产生等于该恒定频率的频移。两束光后来通过分束器叠加在一起,光探测器(通常为光二极管)记录得到的拍音(中心位于AOM频率)。通过这个信号可以计算出激光器的线宽。
如果时间延时足够长,叠加的光束基本上是不相干的,这时输出光谱仅仅为激光输出光谱的自卷积[1],这时激光线宽很容易算出来。但是,这里足够长是指在一种特殊情形中,是比较难以给出明确答案的问题。常用的标准是延迟长度要大于相干长度,而相干长度则来源于要测量的线宽。这在白噪声情况下表达是准确的,但是如果存在更高的低频噪声时[5]则是不正确的,例如窄线宽光纤激光器中会存在后者的噪声。如果不完全理解这些问题,得到的测量线宽值可能会是错误的(通常偏低)。
自外差装置中的延迟时间可看做是有限测量时间,表明小于测量时间倒数的噪声频率影响很小[2]。这样如果瞬时频率涨落具有很大的1/f噪声,那么当时间延迟比较短时,测量得到的线宽值也比较小,这是大多数激光二极管的情形。
在测量非常窄线宽激光器(长相干长度)时,获得非相干光束需要很长的延迟时间,这是比较不实际的。在这种情况下,也可以采用较短的时间延迟,但是数据处理会非常复杂。另一个方法是采用这种技术的延伸,即采用循环光纤环[3]。
参考文献
[1] T. Okoshi et al., “Novel method for high resolution measurement of laser output spectrum”, Electron. Lett. 16, 630 (1980)
[2] K. Kikuchi and T. Okoshi, “Dependence of semiconductor laser linewidth on measurement time: evidence of preduminance of 1/f noise”, Electron. Lett. 21 (22), 1011 (1985)
[3] H. Tsuchida, “Simple technique for improving the resolution of the delayed self-heterodyne method”, Opt. Lett. 15 (11), 640 (1990)
[4] L. B. Mercer et al., “1/f frequency noise effects of self-heterodyne linewidth measurements”, J. Lightwave Technol. 9 (4), 485 (1991)
[5] P. Horak and W. H. Loh, “On the delayed self-heterodyne interferometric technique for determining the linewidth of fiber lasers”, Opt. Express 14 (9), 3923 (2006)
参阅:线宽、相干长度、光外差探测、干涉仪、循环光纤环、激光器、单频激光器、窄线宽激光器、测量