相对强度噪声

2021-02-23 17:39:12 浏览:991

定义

光强(实际是功率)的噪声,归一化为其平均值。

在激光器的强度噪声(光功率涨落)中,通常需要指出相对强度噪声(RIN),是指归一化为平均功率的功率噪声。激光的功率可表示为:

包含平均值和功率涨落δP,其平均值为0。相对强度噪声就是δP除以平均功率,后面将这一比值称为I。因此相对频率噪声可以由功率谱密度(PSD)统计描述为:

它依赖于噪声频率f。可以通过归一化功率涨落自相干函数的傅里叶变换进行计算,或者利用光二极管和电子光谱分析仪进行测量。(公式中的因子2来自于工程理论要求的单边PSD)RIN PSD的单位为Hz−1,但是常常取它以10为底的对数再乘以10来表示,单位为 dBc/Hz。PSD还可以在噪声频率区间 [f1, f2]上积分来得到相对强度噪声的均方根为:

这在目前很常用。

需要注意的是,将相对强度噪声表示为百分比并不合适,因为这样不能给出其均方根值的意义。

图 1 平均功率为100 mW的1064nm Nd:YAG激光器的相对强度噪声谱。噪声频率大于5MHz时达到散粒噪声水平−174 dBc/Hz。峰值对应弛豫振荡过程,低频率时的附加信号来自于泵浦光源。 

来自散粒噪声的RIN

当光束存在线性衰减时,光束的RIN仍然是一个常数。但是如果RIN受限于散粒噪声,以上描述则不准确。在这种情况下,RIN表示为:

举个例子,波长为1064nm功率为1 mW的激光光束的强度噪声等于散粒噪声极限时,RIN为3.73 × 10−16 Hz−1或者−154 dBc/Hz。

PSD与噪声频率无关(白噪声),并且随着平均功率的减小会增加。这可以理解为衰减过程引入了附加的量子噪声。

RIN测量需要采用光二极管探测整个激光器功率,同时最小化电子学器件带来附加噪声的影响。

参阅:强度噪声、噪声性能指标、量子噪声

涨落和噪声

作          者: 泮桥成像光电商城

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