半导体抽运Nd:YAG激光器强度噪声抑制的研究

为了降低半导体抽运固体激光器的弛豫振荡噪声,提高其输出功率的稳定性,采用光电负反馈的方法来抑制半导体抽运的固体激光器的强度噪声,并对激光器强度噪声的理论特性进行了分析。根据理论分析结果设计了比例-积分-微分反馈控制电路,通过运用该反馈电路对激光器进行强度噪声抑制实验,得到了比较理想的实验数据,即当抽运功率为700mW、弛豫振荡峰频率为300kHz时,弛豫振荡峰值处和低频区域强度噪声分别降低了45dB和15dB;当抽运功率为550mW、弛豫振荡峰值为250kHz时,弛豫振荡峰值处和低频区域强度噪声分别降低了40dB和10dB。结果表明,该反馈控制电路能够有效地降低半导体抽运固体激光器的强度噪声,提高激光器输出功率的稳定性。     

半非平面单块激光器强度噪声及其抑制的研究

实验研究了半非平面单块固体环形Nd∶YAG激光器的强度噪声特性和抑制技术。结果表明,弛豫振荡仍是该种激光器强度噪声最主要的来源。噪声峰值频率随抽运和输出功率的增加向高频方向移动,同时噪声峰宽度增加幅度降低,且在峰值频率附近发生180°相位跃变。采用光电反馈方法设计和制作了包含低噪声宽带接收、比例积分微分(PID)调整等单元组成的噪声抑制电路,测量了整个系统及各部分的传递函数,实现了强度噪声的抑制。当弛豫振荡峰值频率为600kHz时,噪声峰值处和低频区域幅度降低分别接近40dB和15dB。     

非平面环形腔激光器的强度噪声及其抑制

采用全量子理论对单块非平面环形腔Nd:YAG激光器的强度噪声特性进行了研究,通过理论分析和仿真发现,单块非平面环形腔激光器的弛豫振荡主要由真空起伏、偶极起伏和内腔损耗引起,抽运噪声和自发辐射对弛豫振荡的影响相对较小。同时,从理论上对强度噪声的光电负反馈抑制进行了分析和仿真,为实验上噪声抑制电路的设计提供了一定的理论基础。参考此理论电路,设计了可以获得较好的相位超前和低噪声宽带宽增益放大的噪声抑制电路,在实验上获得了良好的噪声抑制效果。当弛豫振荡峰为311kHz时,弛豫振荡峰处的强度噪声被抑制了39dB,在整个频谱范围内获得了低于-115dB/Hz的噪声水平。     

基于FBG选频的低噪声窄线宽单频光纤激光器

采用未泵浦掺铒光纤作为饱和吸收体压缩线宽,窄带高反光纤光栅作为波长选择器件,通过偏振控制器和偏振相关隔离器控制环形腔中行波的偏振态,利用反馈电路控制980 nm泵浦源的输入电流,以减小铒离子的弛豫振荡对光强波动带来的影响。研制的光纤激光器线宽小于8 kHz,相对强度噪声（RIN）10 kHz内小于-100dB/Hz,1 kHz处1 m程差干涉仪的相位噪声小于-120 dB/（Hz）^1/2,长时间监测无跳模现象,输出激光功率稳定。     

弛豫振荡对3×3耦合器数字解调的影响

激光器的弛豫振荡带来的强度噪声对分布反馈式光纤激光水听器的系统噪声有较大影响。分析了该强度噪声在NPS算法数字实现中的传递过程,发现求导运算的非理想特性是解调结果中引入强度噪声的原因。提出了一种改进的NPS算法,使强度噪声在进入求导运算前被抵消,消除了强度噪声传递到解调结果中的途径。实验结果表明,当弛豫振荡峰处相对强度噪声为-84dB·Hz-1时对解调相位噪声的抑制在1kHz处达到了30dB。将改进后算法与不需要求导运算的反正切法进行了对比,进一步验证了其可抑制求导所引入的强度噪声。     

激光器强度噪声对光纤水听器相位载波解调的影响

相位载波(PGC)调制解调技术作为光纤水听器主要的检测技术之一,已经应用于许多光纤水听器阵列系统之中,该方案对光源提出了窄线宽、可调谐、低噪声等较高的要求。实验中发现,光源弛豫噪声对系统噪声性能产生了较大的影响。在理论分析光源弛豫噪声对相位载波解调影响的基础上,提出了通过调节抽运功率,控制弛豫振荡中心频率为相位载波调制频率的半倍频的奇数倍,来降低系统解调噪声的方法,实验验证了理论结果,解调噪声由最高的—86.7 dB减小到—106 dB。实验进一步采用了光电负反馈方法来抑制弛豫噪声,在弛豫振荡峰处抑制噪声约25 dB,得到了约—100 dB的较为平坦的激光器噪声谱级,使得相位载波解调噪声达到—110 dB,基本满足了光纤水听器系统的要求。     

基于腔内光放大器结构的光纤激光器噪声抑制方法

设计了一种将半导体光放大器耦 合于光纤激光器腔内的结构,以抑制光纤激光器的相对强 度噪声。基于半导体光放大器的增益饱和效应,将光纤 激光器在弛豫振荡峰处的相对强度噪声抑制了30 dB。更进 一步地,通过腔内的放大器结构使得放大器内部的光学 强度达到一个稳定态,最终使得激光器的频率噪声没有因 光放大器的加入而产生劣化。     

稳定单纵模运转的低噪声环形复合腔光纤激光器

报道一种可实现稳定单纵模运转的低噪声环形复合腔掺铒光纤激光器。利用保偏光纤抗外界扰动能力强的特性,精细地优化复合腔参数以拓宽有效纵模间隔。对经隔震绝热封装后的激光器采取温度补偿,可对复合腔自由光谱范围(FSR)进行微调,使得复合腔激光器可更精准地运用Vernier效应来有效抑制跳模,进而该激光器可实现14 h以上无跳模的稳定单纵模连续运转,输出激光的信噪比高达80 dB,线宽窄至400 Hz。此外,还首次测量了环形复合腔掺铒光纤激光器在自由运转下宽频段内强度噪声和频率噪声特性,测量结果表明,该激光器在1 mHz～1 MHz宽频段内的强度噪声和频率噪声低,在1 mHz～10 Hz频段,强度噪声和频率噪声均优于典型分布Bragg反射(DBR)光纤激光器的噪声水平,且弛豫振荡频率也更低。     

LD抽运1319nm单频激光器的调谐和噪声抑制研究

研究了LD抽运单块非平面行波环行腔Nd:YAG激光器的调谐特性,通过控温法实现了1319nm单频激光的宽范围调谐,调谐范围14GHz。实验研究了影响1319nm单频激光器功率噪声主要因素,测量了激光功率噪声谱,并通过光电反馈抑制弛豫振荡功率噪声,弛豫震荡中心频率噪声抑制了30dB,提高了测量精度。     

利用光电反馈抑制钛宝石激光器低频段的强度噪声

对前置光电负反馈抑制钛宝石激光器强度噪声方法的特性进行了理论分析,表明注入噪声不同时对应的最佳反馈增益不同。利用前置光电负反馈方法,在实验上实现了全固态连续单频可调谐钛宝石激光器低频段的强度噪声抑制,通过调节反馈增益,使激光器的强度噪声抑制程度最大。在分析频率为1.125 MHz处,强度噪声由原来的8.7 dB降低到了1.4 dB,抑制程度达7.3 dB。调节反馈增益和相位延时,可以获得不同分析频率的强度噪声的降低。     

Low noise single frequency linear fibre laser

The low frequency noise characteristics of a single frequency fibre laser with and without noise suppression are presented. With no thermal or mechanical isolation, the peak RMS relaxation oscillation at 182 kHz was 82.1 dB/Hz below the DC laser level without feedback and 112.1 dB/Hz below the DC laser level with feedback.<>     

Miniature Nd:YAG lasers: noise and modulation characteristics

The frequency and intensity noise spectra, as well as the frequency modulation (FM) response, of 1320-nm laser-diode-pumped miniature Nd:YAG ring lasers have been measured. The frequency noise spectrum has a resonance peak at the relaxation oscillation frequency of the laser (between 123 and 150 kHz) and is flat beyond 200 kHz with a spectral density of 613 rad²-Hz, much smaller than that of semiconductor lasers; the corresponding laser linewidth is less than 49 Hz. The relative intensity noise is -140 dB/Hz at the valley and has a resonance peak at the relaxation oscillation frequency of the laser. The FM response is flat from DC to 110 kHz and is in the 0.65-3 MHz/V range; the modulation frequency is limited by the relaxation oscillation frequency of the laser     

Optoelectronic feedback loop for relaxation oscillation intensitynoise suppression in Tm-Ho:YAG laser

An optoelectronic feedback loop that can be used to effectively reduce the intensity noise of a 2.1 μm Tm-Ho:YAG laser has been designed. The feedback circuit is based on a variable-gain biquadratic bandpass filter with adjustable central frequency and quality factor, providing a high loop gain around the relaxation oscillation frequency of the laser and a closed-loop phase margin larger than 50°. The relaxation oscillation peak in the intensity noise spectrum was completely suppressed in closed-loop operation, and a noise reduction of up to 24 dB was obtained     

可调谐单频非平面环形腔固体激光器

研究了单块晶体成腔的单频非平面环形腔(NPRO)固体激光器,在1.83W的808nm抽运功率下输出激光1.01W,斜率效率达到60%。采用拍频的方法对激光线宽进行了测试,激光线宽小于2kHz。通过抽运电流反馈控制使弛豫振荡峰得到超过30dB的抑制;通过对激光晶体的温度调节和压电陶瓷电压调节实现了激光器频率的慢调谐和快调谐,温度慢调谐变化10℃时激光频率变化范围超过15GHz;压电陶瓷快调谐范围超过±200MHz,在大于200MHz的范围内响应时间达到45μs。     

Low-noise narrow-linewidth fiber laser at 1550 nm (June 2003)

We present a compact integrated fiber laser with more than 200 mW of output power. It combines polarized fiber output with very narrow linewidth of less than 2 kHz. The coherence length of the laser is measured to be longer than 5 km. The laser features high mode stability of less than /spl plusmn/10 MHz over hours. The relative intensity noise (RIN) spectrum is dominated by a peak at the relaxation oscillation frequency and is shot-noise limited otherwise. The RIN peak at 1 MHz is reduced to /spl sim/-130 dB/Hz by integrating a negative feedback circuit. In addition to thermal wavelength tuning, the laser frequency can be modulated at a bandwidth of up to 10 kHz via the piezoelectric effect.