论文部分内容阅读
分布反馈式半导体激光器（Distributed-Feedback Diode Laser，DFB）在调谐过程中的调谐特性具有时变性，获知其瞬时特性，对于激光相干测量、激光光谱分析、相干光通信等应用都至关重要。论文采用激光外差技术，测量了DFB激光器在调谐过程的动态特性，对差拍信号做时频分析，研究了DFB激光器在脉冲电流、锯齿波电流、步进电流等情况下的瞬时线宽特性。主要的工作内容和创新点包括以下三个方面：1、提出一种基于信号趋向性的局部均值分解方法（TLMD, local meandecomposition based on the trendency of the signal）。①首次对信号（数据）的趋向性做了描述，定义了趋势项函数、慢变趋势函数和主趋势函数；②提出一种信号相位时频谱的分析方法；③提出了提取信号趋势项函数的方法，给出了TLMD的算法流程；④提出半周期翻转法来确定瞬时频率以消除负频率现象。通过数据仿真验证了TLMD方法的正确性，结果表明，TLMD能够有效解决局部均值分解中的模态混叠问题，同时，信号相位时频谱分析是对希尔伯特时频谱分析方法的重要补充。2、TLMD方法的应用研究，首次获得了DFB激光器在调谐过程中的瞬时线宽。搭建可调谐激光外差测量实验系统，以超短时延方法，测量了DFB激光器在脉冲注入电流下的调谐特性，使用TLMD方法分析了差拍信号的相位噪声功率时频谱，得到了DFB激光器在脉冲电流下的瞬时线宽；以长时延方法，测量了DFB激光器在步进电流下的调谐特性，分析了差拍信号的光功率时频谱，得到了DFB激光器在步进电流下的瞬时线宽。验证了TLMD相位噪声功率时频谱分析方法。3、提出了DFB激光器调谐过程中非线性的描述和补偿方法。分别利用时域分析和TLMD方法获得了DFB激光器在锯齿波电流调谐时的动态特性和瞬时特性，提出了对激光器的调谐非线性进行补偿的数学模型，通过对差拍频率的预测和光程差反演，验证了动态调谐特性和瞬时调谐特性对激光器非线性特征进行描述的准确性。论文的研究工作，不但为希尔伯特-黄变换方法进行了补充完善，同时为光外差信号处理带来了一种新的方法，有望为半导体激光器的瞬时特性的研究开创新的局面。