极低本底噪声的相对强度噪声特性测量装置和方法

本发明涉及激光器，具体涉及一种极低本底噪声的相对强度噪声特性测量装置和方法。

背景技术：

1、窄线宽单频激光器在相干光通信、相干激光雷达、微波光子、光纤传感等领域有着十分重要的地位，单频激光器的强度噪声是评价其性能的重要指标。高速通信系统最大的传输速率决定于信道带宽和信噪比，当前的光传输技术已经非常接近香农极限，改善snr是提高传输速率的关键因素，光源的强度噪声是关注的焦点。微波光子系统中的强度噪声和光电流的产生的散粒噪声都可能足够高以至于超过热噪声成为限制系统性能的主要因素。

2、通常使用相对强度噪声表征在激光器的强度噪声也就是光功率的涨落。更低本底噪声的相对强度噪声测量对评估和解决相对强度噪声带来的系统性能限制有着非常重要的意义，同时精确评估测量单频激光器的相对强度噪声是改进和优化激光器的基础和前提。

3、在先技术之一：singley j m,diehl j,urick v j.characterization of lasersfor use in analog photonic links[j].characterization of lasers for use inanalog photonic links,2011.对应用于模拟光子链路的典型激光器进行了噪声测试，强度噪声测试系统达到了10khz～40ghz测量频段，-165dbc/hz测量本底的指标，呈现了不同类型典型激光器的强度噪声特性。为满足更高的强度噪声测试需求，在此研究的基础上还需以进一步降低测量系统测量本底。

4、在先技术之二：洪俊,张松华,罗泽,等.基于微波光链路对激光器相对强度噪声的测量[j].中国科学：信息科学,2015(5):8.报道了一种强度噪声测量方法，实现了1mhz～8mhz频段的相对强度噪声测量，实现了-162dbc/hz的测量本底，在此基础上还需在测量频段和测量本底的性能上进一步提升。

5、在先技术之三：张骥,魏珊珊,刘昊炜,刘元煌,姚波,毛庆和.单频激光宽频段频率和强度噪声测量技术[j].中国激光,2021,48(3):0301002.报道了一种1mhz-50mhz的强度噪声测试技术，实现了-154dbc/hz的散粒噪声极限，在此研究的基础上还需在测量频段和测量本底的性能上进一步提升。

6、强度噪声测试的各种研究和报道搭建了不同性能的单频激光相对强度噪声测试系统，在不同频段下对各类单频激光器噪声特性进行了测试分析，在兼顾宽频段和极低测量本底的性能指标方面还需要进一步发展，才能满足高速通信和微波光子等领域更宽的测试频段和更低的测量本底需求。

技术实现思路

1、为了克服上述在先技术的缺点，压低噪声本底，发明提供一种相对强度噪声特性测量装置，可应用于激光器、相干光通信、相干激光雷达、微波光子、光纤传感等领域。

2、本发明的技术解决方案如下：

3、一方面，本发明提供一种极低本底噪声的相对强度噪声特性测量装置，包括光电探测器、频谱分析仪和计算机，其特点在于，还包括偏置器和数字万用表；所述光电探测器的饱和光电流大于40ma；所述频谱分析仪的热噪声小于-160dbm/hz；

4、待测激光器输出光信号，经光纤跳线后输入所述光电探测器产生对应光电流的电信号，经所述偏置器分为二路，即交流分量和直流分量；所述交流信号由频谱分析仪进行频谱分析并传输至计算机，所述直流信号由数字万用表进行探测并传输至计算机。

5、另一方面，本发明还提供一种激光器的相对强度噪声特性测量方法，其特点在于，包括如下步骤：

6、s1.采用饱和光电流大于40ma的光电探测器获得对应的光电流；

7、s2.通过偏置器分离交流分量和直流分量；

8、s3.利用数字万用表测量直流分量，利用热噪声小于-160dbm/hz的频谱分析仪测量交流分量，测量交流分量时通过计算机控制频谱分析仪分别设置多个测量频段及其相应的分辨率带宽和视频带宽；

9、s4.根据接收的直流分量和交流分量，计算相对强度噪声曲线；

10、s5.对多段采集到的相对强度噪声曲线进行平滑拼接，并对1ghz～40ghz频段极低本底噪声测试下的频率响应曲线进行校准。

11、进一步，所述校准具体是，首先对多台激光器进行相对强度噪声曲线的测试，采集这些激光器在1ghz～40ghz散粒噪声受限情况下的相对强度噪声测试结果数据；将通过散粒噪声公式计算得到的强度噪声曲线与实际测量曲线相减，得到整个测试系统的频率响应曲线，并应用于其他激光器测量时的频率响应校准。

12、与现有技术相比，本发明有益效果是：

13、1.通过采用高饱和光电探测器和低热噪声谱分析实现-171dbc/hz的测量本底，极大地提升了测试系统的性能，目前现有的强度噪声测试仪器的测量本底普遍在-160dbc/hz。

14、2.解决极低本底噪声测试环境下频率影响曲线对测量结果的干扰，将系统原本±2db的频率响应波动通过数据处理降低至±0.7db，进一步降低系统频率响应对测量结果的干扰。

技术特征：

1.一种极低本底噪声的相对强度噪声特性测量装置，包括光电探测器(1)、频谱分析仪(3)和计算机(5)，其特征在于，还包括偏置器(2)和数字万用表(4)；所述光电探测器(1)的饱和光电流大于40ma；所述频谱分析仪(3)的热噪声小于-160dbm/hz；

2.一种激光器的相对强度噪声特性测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的激光器的相对强度噪声特性测量方法，其特征在于，所述校准，具体是，首先对多台激光器进行相对强度噪声曲线的测试，采集这些激光器在1ghz～40ghz散粒噪声受限情况下的相对强度噪声测试结果数据；将通过散粒噪声公式计算得到的强度噪声曲线与实际测量曲线相减，得到整个测试系统的频率响应曲线，并应用于其他激光器测量时的频率响应校准。

技术总结
一种极低本底噪声的相对强度噪声特性测量装置和方法，采用高饱和光电探测器和低热噪声谱分析实现‑171dBc/Hz的测量本底，极大地提升了测试系统的性能，解决极低本底噪声测试环境下频率影响曲线对测量结果的干扰，将系统原本±2dB的频率响应波动通过数据处理降低至±0.7dB，进一步降低系统频率响应对测量结果的干扰。

技术研发人员：杨飞,虞逸航
受保护的技术使用者：中国科学院上海光学精密机械研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12