强度噪声
\Cu=Le^ "acI:cl?, 光束中一种重要的噪声是其强度噪声。严格地说,通常考虑的是光功率的噪声,而不是光强度的噪声,但常见的术语是强度噪声而不是功率噪声.
l"A/6r!Dp 在强度噪声的背景中,功率一词有两种截然不同的含义,这可能会引起很大的混淆。(不要混淆光功率和噪声功率!)
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- 我们所关注的波动量是光功率,即单位时间内传递的光能量。
- 噪声通常用功率谱密度来量化,功率与波动振幅的平方有关;这里我们处理的是噪声功率。
wM4{\ f\ C3Q #[ 使用偏置光电二极管测量强度噪声(例如激光的强度噪声),可以获得与光功率成正比的光电流。光电流通常被转换成电压,例如使用电阻器。然后可以将波动电压输入电子频谱分析仪,该分析仪可显示输入电压的频率相关功率谱密度(PSD)。这里的功率指的是电功率,它与电压的平方成正比,因此也与光功率的平方成正比。PSD 是噪声功率的测量值,单位为 V2/Hz,但通常显示为对数量,单位为 dBm/Hz。利用电压和光功率之间的比例关系(在已知探测器响应度和可能的额外电子增益的情况下),可以由此计算出光功率的 PSD,单位为 W2/Hz。 Q-V8=. G![d_F"e
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0>Mm_ 如果将频谱分析仪的输入电压增加一倍,例如通过减少打在光电探测器上的激光束衰减,电功率就会增加 4 倍,相当于 6 倍分贝. Pg8boN]} 更进一步的困难源于电子频谱分析仪通常没有经过校准,无法正确显示噪声功率密度;需要一定的校正。 @wa"pWx8 _hyqHvP 强度噪声规格 |n)4APX\Q ZP!.C&O K<:%ofB"S 强度噪声通常量化为相对强度噪声 (RIN),即光功率噪声除以平均光功率。通用规格如下: HZ%V>88 有时我们会遇到类似 “0.1%” 这样的规格,如果没有进一步的规格说明,这种规格是不准确的,因为没有对统计方面进行描述,也不清楚考虑的是哪种噪声频率范围。 n}F$kyI V\x'w*FP
']eN4H&=?} } =)u_q 强度噪声的测量 gJr)z7W'8 +B " aUF __xmn{{L6P 测量强度噪声的方法是通常是通过快速光电探测器(如 pi-i-n 光电二极管)检测强度(或功率),并用电子频谱分析仪评估噪声频谱。虽然这在原则上看似简单,但在技术上可能会遇到各种挑战: XWAIW=. |Vqm1.1/Zv
uP%VL}%0 强度噪声水平的校准通常比较困难。虽然电子频谱分析仪以 dBc/Hz(其中 dBc = 低于载波的 dB)等适当单位显示噪声频谱,但它适用于正弦信号,不适用于随机噪声。通常需要在噪声电平上增加 2 分贝,但这取决于频谱分析仪的详细设置,如检测模式。(仪器手册会提供有用的信息。)如果需要在前置放大器中对光电流的直流分量进行增压,会出现更多困难;这时可能需要进行单独的校准测量。 .z_nW1id &! h~UZ
*X$qgSW 当然,光电探测器必须在具有线性响应的区域中运行,即绝对不能达到饱和状态。对于低重复率脉冲序列的测量中,这可能意味着记录的平均功率相当低,因此难以实现高灵敏度。 Z(c
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#*.4Jv<R 对于脉冲序列,测量信号不仅受强度噪声的影响,还会受定时抖动的影响,这两种类型的噪声甚至可能相互关联。忽略这一点很容易导致结果错误。 PvV\b<Pe+ 要确定低频噪声的特性,最合适的方法可能是在时域中记录功率变化,然后对其进行细化处理,例如进行频谱分析。 <Tjhj* MbCz*oW
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0@b<?Ms9 激光强度噪声的来源 4cSs=|m?+ 5I6?gv/ ]}].Aq 激光器的强度噪声部分源于量子噪声(与激光器的增益和谐振器损耗有关)以及部分来自技术噪声源,例如泵浦源的过量噪声、谐振器反射镜的振动,增益介质的热波动等。由此产生的强度噪声也取决于运行条件;特别是在高泵浦功率下,其强度通常会变弱,其中弛豫振荡会受到很强的阻尼。有一些方法可以通过使用反馈系统进一步降低噪声. \mGb|aF8 .wd7^wI^S 在大多数情况下,激光束的最低强度噪声水平是由散粒噪声引起的。至少在高噪声频率,远高于弛豫振荡频率,许多激光器接近这种噪声水平。然而,对于所谓的光压缩态,强度噪声可能低于散粒噪声,但代价是相位噪声增加. ty~Sf-Pri
8A]8yX = 图1:固态激光器的强度噪声谱。
5)S;R, 噪音水平以高于发射噪音限值的分贝为单位。在 74 kHz 处有一个峰值,这是弛豫振荡造成的。低频噪声增加是由于泵源噪声过大造成的。 Z{B [r; *(q{k%/M 噪声降低 uKXU.u*C G@D;_$a 0 fT*O 可以通过多种方式降低激光的强度噪声: ym6Emf] 可以减少外部噪声源的影响,例如通过以稳定的注入电流运行激光二极管。 /];N 1 可以优化激光器的设计,使其对外部噪声的敏感性和量子噪声的影响降低到最小程度。 T+P{,,a/] 激光光束(激光腔外)的强度噪声可以用噪声消除器来消除。 cwaR#-#
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um]*nXIr 咨询/购买【RP fiber Power 最新版本软件】请评论留言咨询 ]wV\=m?z& ~l'[P=R+8 T<7}IH$6xE Q$.CtECo w/o8R3F