光纤激光经过模清洁器后的强度噪声分析

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．19(2014)194203光纤激光经过模清洁器后的强度噪声分析冰邰朝阳)2)侯飞雁)王盟盟)2)权润爱)刘涛)张首刚)董瑞芳)十1)(中国科学院国家授时中心，中国科学院时间频率基准重点实验室，西安710600)2)(中国科学院大学，北京100049)(2014年3月22日收到；2014年5月20日收到修改稿)对1560nm单频光纤激虫)th业~tJ源通过一个光学模清洁器后的强度噪声进行了分析研究．实验观察到模清洁器虽然对于激光的高频强度噪声有明显的抑制作用，但强度噪声特性随频率呈一定周期变化，且在低频处模清洁器对强度噪声有放大作用

2、．本文认为这是由于模清洁器具有类似于光纤延迟线的时延效应，将激光源的部分相位噪声转化为强度噪声．通过理论分析，由相位噪声转化的相对强度噪声幅度与激光相干时间、模清洁器的平均延时参数以及分析频率相关．分析结果与实验测量结果符合良好．此外，通过在光路中加入声光调制器进行反馈调制，激光的线宽从26kHz压窄至16kHz，模清洁器的锁定质量明显提高，经过模清洁器后的激光强度噪声有所减小，与理论相符．该结果进一步证实了由相位噪声转化而来的强度噪声与模清洁器的锁定质量无直接关系．通过该研究，完善了光学模清洁器对激光的噪声抑制模型．关键词：模清洁器，相位噪声转化，强度噪声，线宽PACS：42．50．

3、Lc，42．50．Xa，42．55．WdDOI：10．7498／aps．63．194203的应用．因此，如何获得高功率、低噪声的单频光纤1引言激光器光源，对激光技术本身的发展及其应用都具有特别重要的意义．模清洁器]是用来提高激光光束质量和抑我们开展了利用模清洁器抑制1560nm光纤制激光强度噪声的重要光学手段．1998年，Willke激光系统强度噪声的实验研究．实验中观察到，经等[3】用模清洁器抑制激光器强度噪声，使得由半导过模清洁器过滤的激光强度噪声特性随分析频率体激光器抽运的10W固体激光器的强度噪声在10呈一定周期变化，且在低频处模清洁器对强度噪声MHz达到散粒噪声极限．近年来，

4、利用模清洁器抑有放大作用．这和己有的模清洁器抑制强度噪声的制强度噪声而获得的近散粒噪声极限激光光源己理论模型[1Sl不符．为解释这一现象，我们把模清被广泛应用于压缩光的制备【，引，精密测量量洁器看作一个法布里一珀罗干涉仪，由于延时干涉子通信】，量子计算【9]_量子密钥分配[1O1及引力波探测[11-13】等各个研究领域．效应，激光的部分相位噪声也转化成了强度噪声．光纤激光器作为新型光源具有输出功率高、由相位噪声转化的相对强度噪声幅度与模清洁器体积小和频率稳定性好、线宽窄、易与光纤耦合进的平均延迟时间、激光相干时间以及分析频率相关，而集成化等固体激光器无法比拟的优点．但由于与模清洁器的锁

5、定质量无直接关系．将相位噪声转高输出功率的单频光纤激光系统存在较大的噪化的强度噪声和激光自身的强度噪声叠加之后，利声[14-17】，阻碍了光纤激光器在量子信息等领域中用模清洁器的噪声过滤理论模型很好地符合了实$国家自然科学基金(批准号：Y133ZK1101，11174282，91336108)、中科院“西部之光”计划重点项目(批准号：中科院人教字(2011)180号)、科技创新“交叉与合作团队”项目(批准号：中科院人教字(2012)119号)和中组部“青年拔尖人才支持计划”项目(批准号：组厅字[2013133号)资助的课题．t通讯作者．E-mail：dongruifang@ntsc．a

6、C．cn◎2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyt：／／wulixb．iphy．ac．c礼物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．19(2014)194203验结果．同时，我们还研究了声光调制器对激光相对该式进行傅里叶变换再结合正交振幅起伏位噪声的影响．通过在光路中加入声光调制器进行的定义=a+a十，可以得到内腔的正交振幅起伏反馈调制，我们观察到从模清洁器透射出的激光线5x(w)=、／／211()+x／-2-~2Ji2()宽从26kHz压窄至16kHz，意味着激光相位噪声+v／~zJXz()．(5)略有减小，从模清洁器输出的激光强度噪声较无声结合

7、输入输出关系[18】，我们可得到输出场的光调制器反馈时有所减小，与根据理论分析结果符正交振幅起伏：合良好．5Xot()=、／／22()一2()．(6)2通常情况下的光学模清洁器噪声过从(5)和(6)式以及强度噪声的定义滤理论模型t()=(程())，可以最终得到模清洁器输出的强度噪声谱：通常情况下光学模清洁器由一个三镜环形腔构成如图1所示：输入镜和输出镜M1和M2是相‰()(7)同的两个平面高反镜，M3为凹面全反镜．其中=2．厂，f是分析频率．实