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锁模激光器的时间抖动

时间：2019-11-28 11:40作者：update 阅读(1802) 评论: 5

导读：锁模激光器中产生的脉冲列，相比于理想的周期性脉冲列，脉冲的时间位置存在偏差。

　　锁模激光器中产生的脉冲列，相比于理想的周期性脉冲列，脉冲的时间位置存在偏差。这种现象称为时间抖动，应用于很多方面，例如长距离光纤通信或者光学取样测量中。同样的，调Q激光器产生的脉冲也存在时间抖动，但是物理机制和前者是不同的。

　　产生的时间误差包含以下几种：

　　1，脉冲时间位置与理想时钟的偏差

　　2，脉冲时间位置与振荡器计时存在的偏差（例如，电子振荡器驱动主动锁模激光器的调制器）

　　3，脉冲间隔与平均脉冲周期的偏差（脉冲间抖动或者周期抖动）

　　在通信系统中，相关的抖动来自于携带数据的脉冲与时钟信号之间的偏差。后者是从数据流中提取出来的，或者单独传输的。而前一种情况中，也就是时钟信号直接自数据流中提取的情况，低频抖动被转移到了时钟信号中，因此探测时不会产生影响。

　　可以采用下面方法定量表示时间误差（参阅噪声性能指标）：

　　1，特定测量带宽的均方根值

　　2，时间偏差或者计时相位的功率谱密度

　　时间抖动是脉冲列中光频率部分的相位噪声。如果不存在技术噪声，锁模激光器的时间抖动主要来自于量子噪声，但是大多数情况下，时间抖动来自于激光器谐振腔的振动和移动。文献[5,10,11,13]中采用分析和数值模拟模型，并讨论了所得到的理论结果。

　　图：理论计算得到的10GHzEr:Yb玻璃小型激光器在量子极限下的时间抖动谱。实际中由于存在技术支持噪声，低频率噪声（小于10kHz）会更高。弛豫振荡（约230kHz）也有一部分转化成了时间抖动。采用反馈系统可以抑制长期时间偏移，因此极大减小低频抖动。

　　不同种类锁模激光器的时间抖动（例如，小型体激光器，光纤激光器，或者外腔二极管激光器）可以非常小（如图），有时会比高质量的电子振荡器低很多。尤其是在很短的时间尺度内，激光器可以被当做精准的时间参考。采用自参考频率梳可以将长期时间偏移抑制到极低的水平。

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