1 西北大学物理学院,陕西 西安 710127
2 西安飞行自动控制研究所飞行器控制一体化技术国防科技重点实验室,陕西 西安 710076
宽谱光源驱动谐振光纤陀螺(RFOG)利用宽带光源抑制寄生噪声。然而,宽带光源引入的过量相对强度噪声(RIN)成为陀螺精度提升的主要限制因素。因此,考虑到不同光纤环形谐振腔(FRR)参数的影响,研究宽谱光源驱动RFOG中的RIN具有重要意义。基于宽带光源驱动RFOG的传输特性,构建了宽谱光源驱动RFOG中RIN的理论模型。分析了放大自发辐射源(ASE)谱宽和谐振环的分光比对腔内RIN的影响,并通过实验验证了理论结果的准确性。这些结果为减轻宽带光源驱动RFOG系统中的RIN提供了理论参考。
光纤光学 谐振式光纤陀螺 相对强度噪声 光纤环形谐振腔 光谱 宽谱光源
山西大学物理电子工程学院 山西 太原 030006
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。
全固态单频Nd:YVO4激光器 强度噪声 光电负反馈技术 注入锁定技术 All-solid-state single frequency Nd:YVO4 laser intensity noise optoelectronic negative feedback technique injection locking technique 量子光学学报
2023, 29(4): 041001
量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
在光学俘获和操控单原子的实验中, 激光的低频强度噪声通常会加热原子, 从而缩短其存储时间并破坏其内态相干性。我们采用了一种基于电光振幅调制器(EOAM)的单级反馈环路来抑制激光低频噪声, 实现了0~1MHz的强度噪声的有效抑制, 100 kHz以下的噪声可降低20 dB, 500 kHz以下的噪声可降低10 dB。噪声抑制的频率范围涵盖了光学偶极阱的典型参量加热频率。将该装置用于单个铯原子实验将单个原子在偶极阱中的存储时间延长两个数量级, 测量的退相干时间也增加了5倍。
光电反馈 强度噪声 光学俘获 原子存储时间 原子退相干时间 optoelectronic feedback laser intensity noise optical trappings atomic storage time atomic decoherence time 量子光学学报
2023, 29(4): 040601
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院研究生院,北京 100088
3 华南理工大学物理与光电学院,广东 广州 510640
在光通信、光学传感、精密测量、量子技术及原子物理等多个领域的需求牵引下,单纵模连续波激光器的输出稳定性和噪声特性需要进一步提升。本文针对单纵模激光器噪声中对输出功率稳定性起主要影响作用的强度噪声进行了讨论,阐述了其主要来源和产生机理,在此基础上对比分析了国内外当前主要的单纵模激光器强度噪声抑制技术和方法。为了提升大型激光装置前端系统中单纵模光纤激光器的输出稳定性,开展了基于半导体光放大器的强度噪声抑制技术研究,实现了强度噪声的有效抑制。
激光器 单纵模激光器 强度噪声 噪声抑制 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2300006
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海 200093
2 中国科学院上海光学精密机械研究所中科院空间激光传输与探测技术重点实验室,上海 201800
面向空间引力波探测对激光光源相对强度噪声的严苛需求,开展了极低相对强度噪声在低频段的测试表征技术研究。构建了基于低噪声光电探测器、高精度数字万用表以及快速傅里叶(FFT)频谱分析仪在低频段0.1 mHz~100 kHz的相对强度噪声测试系统。利用高精度数字万用表及FFT分段Smooth窗函数平滑算法实现对0.1 mHz~0.5 Hz的极低频段内相对强度噪声测试,本底噪声低于-99 dBc/Hz,同时利用低噪声放大器及FFT频谱分析仪测试在1 mHz~100 kHz的相对强度噪声,本底噪声低于-105 dBc/Hz。两种测试手段在1 mHz~0.5 Hz重叠频段内噪声测试结果的一致性验证了所构建测试系统在低频段测试结果的准确性。利用所构建的相对强度噪声测试系统对自研空间引力波探测用平面波导环形腔(NPRO)激光器、商用光纤激光器、商用外腔半导体激光器等多种激光器进行测试评估,并对其噪声成分及来源进行分析。所构建的低频段相对强度噪声测试系统可满足空间引力波探测对激光强度噪声评估的需求,同时也适用于其他低频段精密测量应用的激光光源噪声评估。
单频激光器 噪声测试 相对强度噪声 快速傅里叶变换 空间引力波探测 中国激光
2023, 50(23): 2301009
1 中国科学院上海光学精密机械研究所中科院空间激光信息传输与探测技术重点实验室,上海 201800
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海 200093
针对高速光通信和微波光子系统对单频激光源极低相对强度噪声(RIN)的需求,开展了极低本底相对强度噪声测试方法的研究。首先分析了相对强度噪声测试中激光相对强度噪声、系统散粒噪声和热噪声等主要要素的影响,然后提出了基于增大光电流并结合低热噪声的频谱探测的方式降低测量极限的方法,实现了极低本底单频激光相对强度噪声测试,频谱分析频段可达到40 GHz,测量本底达-171 dBc/Hz。基于该方法和系统,更加精细地研究、表征了光通信中的光放大和强度调制过程的相对强度噪声特征,清晰地展示了极低本底下典型激光光源的噪声滚降和多个弛豫振荡峰、强度调制谐波失真等特性,证实了极低本底噪声测量方法的有效性。研究结果在激光器性能的设计优化和应用系统的选型评估等方面具有重要的应用前景。
激光器 单频激光器 噪声测试 相对强度噪声 高速光通信 微波光子 中国激光
2023, 50(22): 2201003
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室,上海 201800
2 中国科学院大学,北京 100049
3 张江实验室,上海 201210
面向芯片化空间激光通信、激光雷达等应用对高功率激光光源的需求,笔者将注入锁定到同一种子光的分布式反馈激光器(DFB激光器)阵列通过平面波导耦合器进行相干合束,解决了单个DFB激光器功率受限的问题。为了研究基于注入锁定技术的DFB激光器阵列的相干合束效果,测量了不同数目的注入锁定激光器在相干合束前后的光功率、相位噪声、相对强度噪声,通过计算得到2、3、4个DFB激光器的合束效率分别为91.6%、87.8%、78.3%,实现了相对于单个激光器的光功率放大,同时通过理论分析和实验研究了相干合束对相位噪声及相对强度噪声的影响。
激光器 注入锁定 相干合束 相位噪声 相对强度噪声 中国激光
2023, 50(19): 1901009
红外与激光工程
2023, 52(1): 20220332
1 北京工业大学 材料与制造学部 激光工程研究院,北京 100124
2 北京工业大学 北京激光应用技术研究中心,北京 100124
利用声光调制器(AOM)激光反馈回路对泵浦激光的强度噪声进行抑制,获得了5 dB以上的强度噪声抑制(@
f=1 Hz~50 kHz)。2 μm单频光纤激光器的相对强度噪声获得3~15 dB的抑制(@
f=1 Hz~50 kHz),且其强度噪声水平接近探测器极限(@
f=40~400 Hz)。同时,其频率噪声也得到了3~8.4 dB的抑制。经过两级掺铥保偏光纤放大器后,2 μm单频激光的输出功率提升至5.2 W左右,其频率噪声几乎没有明显增加,并且频率噪声水平均在100 Hz/
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(
f>13 Hz)。实现了频率响应为45 MHz/V,频率漂移为41.4 MHz@1 h,功率波动<0.4%@1 h,线宽<5 kHz稳定的单频激光输出。该类超低噪声2 μm单频光纤激光器将成为下一代引力波探测器的候选光源。
低噪声 相对强度噪声 频率噪声 单频 高功率 光纤激光器 low-noise RIN frequency noise single-frequency high power fiber laser 红外与激光工程
2022, 51(6): 20220400