低噪声的全固态单频Nd:YVO4激光器在量子精密测量和引力波探测中有重要的应用。激光器的弛豫振荡是影响激光器噪声水平的主要因素, 优化激光器的泵浦、输出耦合透射率和内腔损耗等参数, 只能微小改善激光器的强度噪声, 调整或改变激光器的弛豫振荡状态才是有效降噪方式。光电负反馈技术, 通过对噪声传递函数的增益和相位的改变有效抑制了弛豫振荡; 注入锁定技术, 通过低噪声注入场的影响来改变弛豫振荡状态, 从而有效抑制弛豫振荡噪声。利用光电负反馈和注入锁定两种技术相结合, 在反馈光束分束ε=10%、反馈回路直流增益g=15textdB、相位超前φ=60°、注入锁定功率放大因子H=20时, 可使声频区的激光器强度噪声降低5dB、弛豫振荡峰值噪声降低39dB。

基于1 550 nm垂直腔面发射激光器在平行偏振光注入下呈现的单周期非线性动力学状态, 进一步引入光电负反馈, 得到了高质量的微波信号．实验研究结果表明: 平行偏振光注入下, 通过调节注入光的注入强度及频率, 1 550 nm垂直腔面发射激光器可呈现注入锁定、单周期、倍周期、混沌等多种非线性动力学状态; 在合适的注入参量下, 平行偏振光注入1 550 nm垂直腔面发射激光器可产生光谱具有单边带结构、频率超过10 GHz的光子微波信号, 但该微波信号的线宽较宽(达MHz量级); 进一步引入光电负反馈后, 通过选取合适的光电反馈强度, 可将该微波信号的线宽减小至一百多kHz(减小两个量级以上); 在选择优化的反馈强度条件下, 仅通过简单调节注入光强度, 可实现窄线宽光子微波信号的频率在一定范围内连续可调谐．

为了降低半导体抽运固体激光器的弛豫振荡噪声, 提高其输出功率的稳定性, 采用光电负反馈的方法来抑制半导体抽运的固体激光器的强度噪声, 并对激光器强度噪声的理论特性进行了分析。根据理论分析结果设计了比例-积分-微分反馈控制电路, 通过运用该反馈电路对激光器进行强度噪声抑制实验, 得到了比较理想的实验数据, 即当抽运功率为700mW、弛豫振荡峰频率为300kHz时, 弛豫振荡峰值处和低频区域强度噪声分别降低了45dB和15dB; 当抽运功率为550mW、弛豫振荡峰值为250kHz时, 弛豫振荡峰值处和低频区域强度噪声分别降低了40dB和10dB。结果表明, 该反馈控制电路能够有效地降低半导体抽运固体激光器的强度噪声, 提高激光器输出功率的稳定性。

基于垂直腔面发射激光器的自旋反转模型, 研究了光电负反馈下1 550 nm正交偏振光注入垂直腔面发射激光器的非线性动力学特性.研究结果表明: 在合适的注入强度和失谐频率条件下, 自由运行工作在Y线偏振模式的1 550 nm垂直腔面发射激光器可呈现出稳态、稳定注入锁定、单周期、二倍周期、多周期、混沌等多种非线性动力学状态以及偏振转换现象;引入光电负反馈后, 1 550 nm正交偏振光注入垂直腔面发射激光器将呈现出双频准周期、三频准周期等动力学状态.在注入强度和失谐频率构成的参数空间, 反馈延时时间一定时, 反馈强度大小对该激光器的动力学状态分布有明显影响;光电反馈强度一定时, 在注入强度相对较小的区域, 反馈延时时间对该激光器动力学状态分布也有明显影响, 而对于注入强度相对较大的区域, 该激光器始终工作在单周期或稳定注入锁定态, 即反馈延时时间对激光器动态行为的影响较弱.

采用全量子理论对单块非平面环形腔Nd:YAG激光器的强度噪声特性进行了研究，通过理论分析和仿真发现，单块非平面环形腔激光器的弛豫振荡主要由真空起伏、偶极起伏和内腔损耗引起，抽运噪声和自发辐射对弛豫振荡的影响相对较小。同时，从理论上对强度噪声的光电负反馈抑制进行了分析和仿真，为实验上噪声抑制电路的设计提供了一定的理论基础。参考此理论电路，设计了可以获得较好的相位超前和低噪声宽带宽增益放大的噪声抑制电路，在实验上获得了良好的噪声抑制效果。当弛豫振荡峰为311 kHz时，弛豫振荡峰处的强度噪声被抑制了39 dB，在整个频谱范围内获得了低于-115 dB/Hz的噪声水平。

基于马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪结构,构造了全保偏光纤传感系统,以单频窄线宽保偏光纤激光器作为光源,采用了光源光电负反馈和双光路平衡检测双重降噪方法,降低了光源的附加强度噪声,使系统信噪比(SNR)提高了约15 dB,达到60 dB。

相位载波(PGC)调制解调技术作为光纤水听器主要的检测技术之一,已经应用于许多光纤水听器阵列系统之中,该方案对光源提出了窄线宽、可调谐、低噪声等较高的要求。实验中发现,光源弛豫噪声对系统噪声性能产生了较大的影响。在理论分析光源弛豫噪声对相位载波解调影响的基础上,提出了通过调节抽运功率,控制弛豫振荡中心频率为相位载波调制频率的半倍频的奇数倍,来降低系统解调噪声的方法,实验验证了理论结果,解调噪声由最高的-86.7 dB减小到-106 dB。实验进一步采用了光电负反馈方法来抑制弛豫噪声,在弛豫振荡峰处抑制噪声约25 dB,得到了约-100 dB的较为平坦的激光器噪声谱级,使得相位载波解调噪声达到-110 dB,基本满足了光纤水听器系统的要求。

光传感和光通信领域的迅速发展迫切需要相位噪声和强度噪声都很低的激光光源，为满足这一需求，设计出一种新型低噪声光纤激光器。激光器采用复合腔结构，以掺铒光纤作为工作物质，通过在未被抽运的掺铒光纤中形成的瞬态自写入光纤光栅的窄带滤波特性进行选模和压窄线宽，产生稳定的单频激光输出；经过光路改进，激光输出光谱信噪比优于62 dB；利用光电负反馈电路，弛豫振荡峰下降了约25 dB，低频段强度噪声也大为改善，有效地抑制了光源的强度噪声。激光器的输出光功率大于1 dBm，线宽小于1 kHz，边模抑制比超过50 dB。优异的低噪声特性使得该激光器在光传感和光通信领域具有重要的应用价值。

实验研究了半非平面单块固体环形Nd∶YAG激光器的强度噪声特性和抑制技术。结果表明,弛豫振荡仍是该种激光器强度噪声最主要的来源。噪声峰值频率随抽运和输出功率的增加向高频方向移动,同时噪声峰宽度增加幅度降低,且在峰值频率附近发生180°相位跃变。采用光电反馈方法设计和制作了包含低噪声宽带接收、比例积分微分(PID)调整等单元组成的噪声抑制电路,测量了整个系统及各部分的传递函数,实现了强度噪声的抑制。当弛豫振荡峰值频率为600 kHz时,噪声峰值处和低频区域幅度降低分别接近40 dB和15 dB。