面向空间引力波探测的激光低频段相对强度噪声测试技术

面向空间引力波探测对激光光源相对强度噪声的严苛需求,开展了极低相对强度噪声在低频段的测试表征技术研究。构建了基于低噪声光电探测器、高精度数字万用表以及快速傅里叶（FFT）频谱分析仪在低频段0.1 mHz～100 kHz的相对强度噪声测试系统。利用高精度数字万用表及FFT分段Smooth窗函数平滑算法实现对0.1 mHz～0.5 Hz的极低频段内相对强度噪声测试,本底噪声低于-99 dBc/Hz,同时利用低噪声放大器及FFT频谱分析仪测试在1 mHz～100 kHz的相对强度噪声,本底噪声低于-105 dBc/Hz。两种测试手段在1 mHz～0.5 Hz重叠频段内噪声测试结果的一致性验证了所构建测试系统在低频段测试结果的准确性。利用所构建的相对强度噪声测试系统对自研空间引力波探测用平面波导环形腔（NPRO）激光器、商用光纤激光器、商用外腔半导体激光器等多种激光器进行测试评估,并对其噪声成分及来源进行分析。所构建的低频段相对强度噪声测试系统可满足空间引力波探测对激光强度噪声评估的需求,同时也适用于其他低频段精密测量应用的激光光源噪声评估。     

极低本底单频激光相对强度噪声测试方法研究

针对高速光通信和微波光子系统对单频激光源极低相对强度噪声（RIN）的需求，开展了极低本底相对强度噪声测试方法的研究。首先分析了相对强度噪声测试中激光相对强度噪声、系统散粒噪声和热噪声等主要要素的影响，然后提出了基于增大光电流并结合低热噪声的频谱探测的方式降低测量极限的方法，实现了极低本底单频激光相对强度噪声测试，频谱分析频段可达到40 GHz，测量本底达-171 dBc/Hz。基于该方法和系统，更加精细地研究、表征了光通信中的光放大和强度调制过程的相对强度噪声特征，清晰地展示了极低本底下典型激光光源的噪声滚降和多个弛豫振荡峰、强度调制谐波失真等特性，证实了极低本底噪声测量方法的有效性。研究结果在激光器性能的设计优化和应用系统的选型评估等方面具有重要的应用前景。