激光器噪声

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定义:激光器参数的涨落,例如光功率和相位等。

由于技术上存在需要影响量子噪声和涨落的效应,激光器的输出总是包含一些噪声。存在一些不同类型的噪声为:

  1. 单频激光器中,存在强度噪声(或者振幅噪声)和相位噪声。后者得到有限激光线宽,并且与频率噪声相关。它通常会限制激光的时间相干性。
  2. 而多模激光器中,通常存在强的模拍频噪声和模分配噪声,也就是谐振腔模式中的功率分配涨落。某一模式的功率涨落可能比总功率涨落还要大。
  3. 锁模激光器包含脉冲时间位置的变化噪声(参阅时间抖动)和中心频率噪声,脉冲时间噪声和啁啾。对于谐波锁模,则存在超模噪声。
  4. 任何激光器都包含波束指向涨落

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图1:固体激光器的强度噪声光谱


激光器噪声来源

激光器来源可大致分类两类:

  1. 量子噪声,尤其是增益介质中的自发辐射
  2. 技术噪声,来自于泵浦光源的附加噪声,激光器谐振腔的摆动,温度涨落等。


激光器噪声的影响

激光器噪声在许多激光器应用中很重要。例如:

  1. 高精度光学测量,例如,频率测量光谱学或者干涉仪中需要很低的强度噪声和相位噪声。
  2. 光纤通信系统中能实现的数据传输速率通常受制于激光器和放大器噪声。
  3. 在精密激光材料加工中,波束指向涨落和脉冲能量变化需要最小。


降噪方法

可以采用下面方法降低激光器噪声:

  1. 降低量子噪声可以通过提高腔内功率或者使光学损耗最小化。
  2. 技术噪声可以通过,例如,制作稳定激光谐振腔,采用温度稳定装置,或者采用低噪声的泵浦光源。
  3. 跳模现象可以采用光滤波器来抑制。
  4. 存在很多有源或者无源技术实现激光器的稳定

有效减小噪声的一个先决条件是了解噪声的来源,另外还需要知道决定激光器对于噪声影响灵敏度的参数。因此,减小噪声影响或者减小激光器对噪声的灵敏度都是有效的方法。

参考文献

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[6] R. Paschotta et al., “Optical phase noise and carrier–envelope offset noise of mode-locked lasers”, Appl. Phys. B 82 (2), 265 (2006)

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[8] R. Paschotta, “Noise in Laser Technology”. Part 1 – Intensity and Phase Noise; Part 2: Fluctuations in Pulsed Lasers; Part 3: Beam Pointing Fluctuations


参阅:噪声性能指标激光器性能指标量子噪声散粒噪声强度噪声相位噪声线宽Schawlow-Townes线宽放大器噪声相干激光器的稳定,[[跳模]