ГлавнаяСтатьиИзмерение фазовых и амплитудных шумов в лазерах с узкой спектральной линией

Измерение фазовых и амплитудных шумов в лазерах с узкой спектральной линией

Перестраиваемые лазеры с низким уровнем шума Pure Photonics имеют собственную ширину линии 10 кГц и низкий уровень амплитудного (AM или RIN) и фазового (FM) шумов. Все полученные результаты были экспериментально подтверждены несколькими лабораториями и неизменным уровнем производительности устройств. Технология измерения продвинулась так, что теперь возможно внутреннее измерение AM и FM шума вплоть до частоты 1 МГц с хорошей точностью.

Экспериментальная установка

Общая проблема при измерении шума в лазере – это необходимость избежать появления внешних шумов и иметь достаточный уровень собственных шумов, чтобы сигнал мог быть обнаружен.

Управляющая электроника для перестраиваемого лазера ITLA содержится на интегральной плате. Заземление и близкое расположение источника излучения должны устранить большинство внешних воздействий. Внешние воздействия, такие как удары и вибрации, нельзя полностью избежать, но, как известно, они оказывают незначительное влияние на лазер. Чтобы учесть изменение температуры окружающей среды перестраиваемый лазер устанавливается на металлическую пластину, которая имеет заземление и теплоотвод. Также используется оценочная плата PPEB200 с источником питания постоянного тока для питания и управления лазером.

Для измерения шума FM нужно преобразовать его в АМ шум с помощью фильтра. Фильтр имеет кривую пропускания, которая показана ниже. Лазер устанавливается в точке -3 дБ. При этом заданное значение, сигнала 2 В будет иметь чувствительность 0,01 В / МГц.


 Амплитудные шумы (AM)

Для измерения шума AM, оптический сигнал направляется непосредственно в фотодиод. Входная мощность регулируется с помощью оптического затухания (без изменений заданного значения устройства) для достижения выходного напряжения 2 В от фотоусилителя.

На приведенном ниже рисунке представлены измерения RIN из оптического входа 16 дБм от устройства CRTNG2A00F при отсутствии оптического сигнала. Видно, что разница между шумом и сигналом на 16 дБм мала. При измерениях близких к уровню шума можно использовать данные в качестве верхней границы. Действительный шум будет ниже этих значений. 

К счастью, RIN возрастает при более низких значениях выходной мощности и при значениях 13, 10 и 7 дБм кривая RIN более отделена от шума.

На графике, приведенном ниже, представлена зависимость шума при 100 кГц от выходной мощности:


Фазовые шумы (FM)

Для измерения FM шума необходимо преобразовать его в АМ с помощью фильтра. Преобразованный оптический сигнал определяется фотодетектором. Для того  чтобы обеспечить согласование с кривой пропускания, нужно установить лазер на частоту 3 ГГц. Данное значение мощности используется в качестве эталона (0 дБ), затем частота изменяется обратно, пока не достигнет половины мощности (-3 дБм). При заданном значении частоты оптимизируются оптические потери, чтобы получить 2 В сигнал от фото-усилителя.

На рисунках ниже измеренные значения Vrms снова преобразуются в значениях дБм / Гц. Это позволяет проводить сравнение со значениями RIN. Поскольку шум АМ будет оставаться в сигнале во время преобразования FM в АМ, измеренный сигнал АМ представляет собой комбинацию исходного сигнала RIN и преобразованного сигнала FM / AM. 

   

На графике представлены результаты FM, измеренные при разных значениях уровня мощности. Видно, что уровень FM шума слегка возрастает при более высоких уровнях мощности.

   

На рисунке ниже представлены значения Vrms, преобразованные в фазовый шум. Фазовый шум обычно выражается как Гц2 / Гц и в мрад / Гц.

   


Собственная ширина линии

Чтобы определить значение собственной ширины линии, нужно экстраполировать кривые фазового шума от 1 МГц до 1 ГГц. На частоте 1 ГГц значения должны быть ниже 1000 Гц ^ 2 / Гц для получения ширины линии 10 кГц, что видно из приведенного ниже графика.


Сравнение

С помощью данного метода были проведены измерения для 3-х устройств.

1. CRTNG2300F

   


2. CRTNG2A00R