线宽、相对强度噪声、相位噪声/频率噪声等是表征激光器性能的重要指标。

一、 线宽

激光起振后,会有一个或多个纵模产生,每个纵模的频率的范围就是激光的线宽。激光线宽是指激光光源发射光谱的半高全宽(FWHM),即达到峰值一半高度(有时也取1/e),所对应的两个频率中间的宽度从激光器中射出。激光器的线宽是从不同的角度描述单频激光信号因为噪声导致的频谱展宽。

二、 噪声

信号与噪声相互依存,噪声是与信号在同一频谱范围内的随机信号。自发辐射的随机性是激光器噪声的根源。激光器的噪声(包含相位噪声、频率噪声及相对强度噪声)是一个随机过程,可在时域和频域上进行统计表征。在时域上,可用阿伦方差来表征相对长期稳定度(如频率稳定度和功率稳定度)。

使用频域上的噪声可得到噪声的频率结构,通过功率谱密度(在一定时间内,平均功率随频率变化的分布情况)来表征,可展现不同激光器在不同频率下的特性,用来衡量激光器产品噪声性能的优劣。因此,测试频域噪声,可根据应用需求,可选取在特定的频率范围内产品性能较好的激光器或有针对性的对优化激光器性能。

三、 相对强度噪声

激光器的强度噪声描述的是激光器输出光强度的波动,主要通过相对强度噪声(Relative Intensity Noise: RIN)来衡量。用户可根据测试结果有针性的抑制RIN噪声如:光电负反馈法,半导体饱和放大法等

四、 相位噪声和频率噪声

相位噪声是指单频激光场矢量的相位随机波动起伏,即噪声边带。在时域上与之对应的是信号抖动。频率噪声是单频激光场矢量的瞬时频率的随机起伏,重点关注的是激光器在短时间内的频率抖动。相位噪声与频率噪声都在描述信号的频谱展宽情况。测得相位噪声,即可通过计算得到频率噪声。相位噪声和频率噪声都会导致单频光纤激光信号在频谱的谱线展宽,而线宽是频谱相位噪声的直观反映的计算结果。

测试噪声的方法有很多:如直接频谱仪法、鉴频法、鉴相法、相关测量法等。上述这些方法都有一定的局限性。直接频谱法:只能测试本身相位噪声较高的信号,不能分辨是强度噪声还是相位噪声;鉴频法、鉴相法通过外差或自差的手段进行的。但增加了测试系统的复杂程度,且增加成本。

五、OEwaves线宽测试仪及RIN噪声分析仪

美国OEwaves公司的超窄激光线宽/频率噪声测试仪利用零差方法进行自动测量,能够准确测试超低相位噪声的激光器光源。通过方便快捷的软件界面进行操作,能够瞬间测试10Hz以下线宽的激光器,无需复杂的搭建系统。该系统利用零差测试法,测量覆盖范围大,无需额外的超窄激光器,同时系统还能够测试相位/频率噪声及相对噪声强度(RIN)。

                                                         技术参数

OEwaves的光学测试测量系统OE4000系列可帮助用户较为快速、准确、简单的获得所需的噪声信息及线宽。

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