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      激光強度噪聲測量
      材料來源:光子位           錄入時間:2024/4/18 23:31:15

      由于激光強度噪聲經常設定實驗的性能極限,因此對其進行表征以獲得良好的結果是很重要的。在進行這種測量時,低噪聲、高靈敏度的光電接收器是非常寶貴的。光接收器為這一應用提供了理想的解決方案。它們結合了散粒噪聲有限的性能、高轉換增益和寬帶寬,使噪聲測量變得簡單易行。

      圖1顯示了測量激光強度噪聲的典型設置。激光輸出被衰減,以使光電探測器不飽和,并聚焦到光電接收器上。重要的是要確保光電探測器沒有被過度填充。這可能導致不希望的噪聲耦合,因為機械振動導致光電探測器看到變化量的激光。這些聲學頻率將在幅度噪聲頻譜中給出假峰值。

      圖1 高靈敏度光電探測器測量激光強度噪聲

      然后將光電探測器的輸出發送到頻譜分析儀。頻譜分析儀的等效輸入噪聲大于光接收器的散粒噪聲是非常常見的。在這種情況下,添加一個低噪聲前置放大器是有幫助的。通過關閉光電探測器的電源來測試光譜分析儀是否限制了您的測量。噪聲級應至少降低10 dB。為了測試測量的噪聲是激光噪聲(而不是光電探測器噪聲),阻擋來自光電探測器的光。噪聲水平應再次下降至少10 dB。

      使用頻譜分析儀可以很容易地測量強度噪聲。顯示激光強度噪聲的最佳方式是作為線性光譜密度。在這種測量中,在給定的測量帶寬中產生的噪聲量被測量并歸一化為該帶寬的平方根。一些頻譜分析儀自動轉換為頻譜密度單位(V/Hz½)。不幸的是,許多高頻模型沒有。如果頻譜分析儀不直接測量頻譜密度,則必須將頻譜除以測量的噪聲等效帶寬的平方根。作為分辨率帶寬函數的噪聲等效帶寬通常在頻譜分析儀的用戶手冊中指定。

      測量的噪聲頻譜密度SV(ω)現在可以轉換為功率波動(以W/Hz½表示的SI(ω))或常見的相對強度噪聲(以1/Hz½表示)。功率波動與用頻譜分析儀測量的電壓噪聲的測量頻譜密度有關:

      其中G是光接收器在激光波長下的轉換增益(單位:V/W),AV是前置放大器增益(單位為V/V)。為了達到最大的精度,這些參數應該獨立測量。RIN與電壓噪聲的頻譜密度相關

      其中VDC是頻譜分析儀輸入處的DC電壓。雖然RIN是激光技術噪聲的有用測量,但它是量子有限噪聲(如散粒噪聲)的欺騙性測量。其原因是,激光功率波動,如固態激光器中的弛豫振蕩,是激光器輸出中固有的,將在光學衰減后精確測量。相反,散粒噪聲限制的RIN(等于(2q/IDC)½,其中q是電子上的電荷,IDC是直流光電流)取決于進行測量時的(任意)光電流。因此,除非指定了檢測電流,否則說明光信號在特定頻率下是“散粒噪聲受限的”是沒有意義的。

      文章來源:光子位

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