强度噪声
_>_j\b M_1;$fWq 光束中一种重要的噪声是其强度噪声。严格地说，通常考虑的是光功率的噪声，而不是光强度的噪声，但常见的术语是强度噪声而不是功率噪声.
, =y# m- 9 在强度噪声的背景中，功率一词有两种截然不同的含义，这可能会引起很大的混淆。（不要混淆光功率和噪声功率！）
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- 我们所关注的波动量是光功率，即单位时间内传递的光能量。
- 噪声通常用功率谱密度来量化，功率与波动振幅的平方有关；这里我们处理的是噪声功率。
-%m3-xZA oU+F3b}5p 使用偏置光电二极管测量强度噪声(例如激光的强度噪声)，可以获得与光功率成正比的光电流。光电流通常被转换成电压，例如使用电阻器。然后可以将波动电压输入电子频谱分析仪，该分析仪可显示输入电压的频率相关功率谱密度(PSD)。这里的功率指的是电功率，它与电压的平方成正比，因此也与光功率的平方成正比。PSD 是噪声功率的测量值，单位为 V2/Hz，但通常显示为对数量，单位为 dBm/Hz。利用电压和光功率之间的比例关系(在已知探测器响应度和可能的额外电子增益的情况下)，可以由此计算出光功率的 PSD，单位为 W2/Hz。 ;l!`C' :' GozPvR^/
n=!uN u 7 如果将频谱分析仪的输入电压增加一倍，例如通过减少打在光电探测器上的激光束衰减，电功率就会增加 4 倍，相当于 6 倍分贝. Gy C)E Fd 更进一步的困难源于电子频谱分析仪通常没有经过校准，无法正确显示噪声功率密度；需要一定的校正。 2wlKBSON , 8VU&?`<} 强度噪声规格 AW8'RfC. (Hp' B))2 gH7z 强度噪声通常量化为相对强度噪声 (RIN)，即光功率噪声除以平均光功率。通用规格如下： .SS<MDcqIt 有时我们会遇到类似 “0.1%” 这样的规格，如果没有进一步的规格说明，这种规格是不准确的，因为没有对统计方面进行描述，也不清楚考虑的是哪种噪声频率范围。 Ix 8$njp[ dUL S^i@@
=8 JB8ZFP 5:_hP{ @ 强度噪声的测量 -x ]`DQUg pn %#w*' r>n"
51* 测量强度噪声的方法是通常是通过快速光电探测器（如 pi-i-n 光电二极管）检测强度（或功率），并用电子频谱分析仪评估噪声频谱。虽然这在原则上看似简单，但在技术上可能会遇到各种挑战： erFv(eaDK Q{y{ rC2P
1ThqqB 强度噪声水平的校准通常比较困难。虽然电子频谱分析仪以 dBc/Hz（其中 dBc = 低于载波的 dB）等适当单位显示噪声频谱，但它适用于正弦信号，不适用于随机噪声。通常需要在噪声电平上增加 2 分贝，但这取决于频谱分析仪的详细设置，如检测模式。(仪器手册会提供有用的信息。)如果需要在前置放大器中对光电流的直流分量进行增压，会出现更多困难；这时可能需要进行单独的校准测量。 Y83GKh,* q=5l4| 1
Mi 0sC24b| 当然，光电探测器必须在具有线性响应的区域中运行，即绝对不能达到饱和状态。对于低重复率脉冲序列的测量中，这可能意味着记录的平均功率相当低，因此难以实现高灵敏度。 C/tr$.2H= b2) \
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,YLF+^w- 对于脉冲序列，测量信号不仅受强度噪声的影响，还会受定时抖动的影响，这两种类型的噪声甚至可能相互关联。忽略这一点很容易导致结果错误。 \3zj18(@8! 要确定低频噪声的特性，最合适的方法可能是在时域中记录功率变化，然后对其进行细化处理，例如进行频谱分析。 j^SZnMQf ^mPPyT ,(
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#h'@5 l 激光强度噪声的来源 p*qPcuAA b{cU<;G)y. E^V | 激光器的强度噪声部分源于量子噪声(与激光器的增益和谐振器损耗有关)以及部分来自技术噪声源，例如泵浦源的过量噪声、谐振器反射镜的振动，增益介质的热波动等。由此产生的强度噪声也取决于运行条件；特别是在高泵浦功率下，其强度通常会变弱，其中弛豫振荡会受到很强的阻尼。有一些方法可以通过使用反馈系统进一步降低噪声. w"zE_9I\ hYg'2OG 在大多数情况下，激光束的最低强度噪声水平是由散粒噪声引起的。至少在高噪声频率，远高于弛豫振荡频率，许多激光器接近这种噪声水平。然而，对于所谓的光压缩态，强度噪声可能低于散粒噪声，但代价是相位噪声增加. =1hr2R(V
E4oz| 2!m 图1:固态激光器的强度噪声谱。
<" tDAx 噪音水平以高于发射噪音限值的分贝为单位。在 74 kHz 处有一个峰值，这是弛豫振荡造成的。低频噪声增加是由于泵源噪声过大造成的。 ,.mBJ S E3 8l+H"M& | 噪声降低 ocQWQ 1~yZ T B6M+mx"G 可以通过多种方式降低激光的强度噪声: 1{PG>W 可以减少外部噪声源的影响，例如通过以稳定的注入电流运行激光二极管。 "v]%3i.*
- 可以优化激光器的设计，使其对外部噪声的敏感性和量子噪声的影响降低到最小程度。 yfj(Q s 激光光束（激光腔外）的强度噪声可以用噪声消除器来消除。
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