强度噪声
~/x42|t `/AzX *` 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.
UJH{vjIv 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。
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Zb}PP;O 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。 *Z:PB%d5 E nvs[YZe
!:t9{z{Ixg 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. 'oHR4O* 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。 biG9? Xdq,
=; 强度噪声规格 =e;wEf%` $;CC
lzw CN=&Je%I 强度噪声通常量化为相对强度噪声 (RIN),即光功率噪声除以平均光功率。通用规格如下: uJOW%|ZN` 有时我们会遇到类似 “0.1%” 这样的规格,如果没有进一步的规格说明,这种规格是不准确的,因为没有对统计方面进行描述,也不清楚考虑的是哪种噪声频率范围。 eI}VH BAz h0
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*e6|SZ &3 vOK;l0% 强度噪声的测量 +mA=%?l ffM(il/2 _6m3$k_[MJ 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: S>,I&`yi 3I5WDuq
X4$e2f 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。 /=@vG Vp6 JLu0;XVK
+I <Sq_- 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。 ]K7 64} |&Pl 4P
A,{D9-% 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。 B0i}Y-Z 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。 >y9o&D