光谱测量实验

..光谱测量试验报告专业：物理电子学试验时间：2023.12. .word.zl...一、 试验目的1、 通过试验学习了解光源、探测器与光纤间的耦合连接方法；2、 通过文献调研和学习，了解光谱测量方法，重点是光纤光谱仪的工作原理、窄带激光带宽的零拍法和外差法；3、 通过光纤光谱仪测试试验，把握利用光纤光谱仪测量光纤激光器、SLD、LED、LD的线宽，中心波长；4、 学会激光带宽的外差法；5、 学会独立用C或VC编程来处理外差法测试数据。二、 试验内容1、 学习光源与光纤连接耦合方法；2、 利用光纤光谱仪测量光纤激光器、SLD、LED、LD的线宽，中心波长；3、 利用外差法测量超窄线宽激光带宽；4、 用C或VC编程获得外差法测量的频谱宽度。三、 试验原理1、 根本方法：光纤的处理剥皮 切割 连接 接2、 光源光谱测量方法. .word.zl...光源中心波长、带宽测量常用的四种方法：Angilent861242B0.06nm7GHz)。扫描式〔光纤〕法布里—珀罗干预仪〔FPNewport公司的“超腔〞和MicronOptics公司供给的FFP-TF1MHz。光纤环形腔。Okoshi1980〔1〕超窄线宽激光带宽的拍频法：零拍法原理coupler,2.fibertimedelayline,3.coupler单模激光可认为是一个有相位扰动振幅稳定的准单色电磁场〔1〕 o

o(t)代表相位的随机波动,它导致谱线展宽。当承受光纤延时的零拍法时,其合成场可表示为Ｅ(ｔ)=Ｅ(ｔ)+αＥ(ｔ+

) 〔2〕T 0与激光线宽相联系,这里引进光电流自相关函数Ｒ (τ),它取决于(2)式Ｉ所打算的总合成场的强度相关函数。如下式Ｒ(τ)=ｅσＧ(2) (0)δ(τ)+σ2Ｇ(2) (τ)〔3〕EＴ ET式中ｅ为电子电荷,σ为光电探测器灵敏度,δ即是δ函数,Ｇ(2) (τ)为二ＥＴ阶光电流强度相关函数：Ｇ(2) (τ)=〈Ｅ(ｔ)Ｅ (ｔ)Ｅ(ｔ+τ)Ｅ (ｔ+τ)〉 〔4〕ET Ｔ Ｔ Ｔ Ｔ. .word.zl...依据著名的Wiener-Khintchine公式,通过对自相关函数进展傅里叶变换，得到光电流的谱密度:S()

2 1 122cosexp 002E4 0

2

2exp c cos cos2cos

0exp()012 0

0

0式代表了相对延迟 反映了两光路之间的对光程差，0 000

(半00(半高全宽)。上式可以看出,当延时时间变短时,能量就向表达相干特性的第一项δ函数集中;当延时时间变长时能量渐渐向其次项转移,光的相干特性将转化为光的相拍特征,其次项中 表现为准Lorentz线形,其半高全宽(ＦＷＨＭ)为4γ,是被测激光线宽的两倍,即这就是用零拍法测量激光线宽工作原理;同时必需留意到其次项大括号中的因子对光电流谱线的影响。零拍谱线〔2〕超窄线宽激光带宽的拍频法:外差法原理为了减小零拍法中1/f等低频噪声影响，可承受外差法，即通过高的频率位置。. .word.zl...00四、试验步骤1、 光纤光谱仪测量光源中心波长、带宽试验装置：〔1〕预处理光纤，光源与光纤耦合，光纤与FC连接器相连；〔2〕通过光功率计调整光源与光纤耦合输出功率适当大小；〔3〕按试验装置联接光路；〔4〕设置光谱仪频率和强度范围参数；〔5〕测试光源中心波长和频谱带宽。〔6〕 记录〔打印〕试验数据和测试曲线。2、 拍频法测量超窄线宽激光带宽. .word.zl...试验装置：〔1〕预处理光纤，光源与光纤耦合，光纤与FC连接器相连；〔2〕通过光功率计调整光源与光纤耦合输出功率适当大小；〔3〕按试验装置联接光路，接收电路用〔4〕测试拍频信号频谱带宽。

5V电压；开启发波器、信号源、频谱仪、直流稳压电源〔5V肯定频率〔30Hz~50Hz)和强度的正弦信号,从示波器上观对待接收系统输出拍频信号比较满足为止，此时频谱仪上将消灭相应的拍频谱；不断调整频谱仪频率和强度范围参数，直到带宽能比较便利测量为止。〔5〕分别保存示波器和频谱仪上的试验数据和测试曲线;〔6Origin〔7) 用C或VC编程：写出平滑滤波、快速傅里叶FFT、带宽求解和频谱图程序，对示波器上的输出数据进展处理，得到测试结果。五、试验数据1、 光纤光谱仪测量光源中心波长、带宽. .word.zl...(a)(b)图1.光源光谱测量图由上图可得光源带宽为：16nm中心波长为1.316m2、 拍频法测量超窄线宽激光带宽. .word.zl...2.光源频谱图图〔3〕中心频率为：52.1550041k