加性信號輸入時單模激光損失模型的平均光強相對漲落

葉 慶，卿秀華

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加性信號輸入時單模激光損失模型的平均光強相對漲落

葉 慶，卿秀華

（武漢紡織大學 電子與電氣工程學院，湖北 武漢 430073）

運用線性化近似方法，采用色泵噪聲和實虛部間關聯的量子噪聲驅動的單模激光損失模型，計算周期信號加性輸入時的穩態平均光強關聯函數、穩態平均光強相對漲落。發現在信號強度不大、頻率較高、小噪聲、遠離閾值和量子噪聲實虛部之間弱關聯的條件下，穩態平均光強相對漲落較小，即系統相對穩定。

單模激光；噪聲；量子噪聲；凈增益；穩態平均光強相對漲落

由于量子噪聲和泵噪聲的存在，激光器工作時總是伴隨有漲落的出現。量子噪聲和泵噪聲之間不同關聯形式下激光系統的瞬態和定態性質被眾人所研究，發現不同關聯形式對激光系統輸出性能有較大的影響。同時，減小激光光強漲落，可以增加激光的輸出穩定性，提高系統的輸出質量,因此對激光光強漲落的研究已成為近年普遍關注的話題。韓立波等人分析了色泵噪聲驅動時單模激光增益模型的穩態平均光強相對漲落。偏置信號輸入后單模激光系統的平均光強相對漲落也有研究。

本文考慮了量子噪聲實部和虛部之間的關聯，運用單模激光損失模型和線性化近似方法，計算了反映激光動力學性質的光強關聯函數和穩態平均光強相對漲落。同時，由光強相對漲落不但可以分析激光系統的輸出穩定性，還可以進一步計算信噪比，反映激光系統的隨機共振現象。

1 單模激光系統的平均光強關聯函數和穩態平均光強相對漲落

系統噪聲滿足如下統計性質：

根據穩態平均光強關聯函數的定義：

將（3）代入上式，計算得穩態平均光強關聯函數為：

2 輸入的信號對穩態平均光強相對漲落的影響

圖1（a） 相對漲落與信號振幅的關系曲線（）圖1（b） 相對漲落與信號振幅的關系曲線（）

圖1（c） 相對漲落與信號頻率的關系曲線（）圖1（d） 相對漲落與信號頻率的關系曲線（）

圖1（e） 相對漲落與信號頻率的關系曲線（）

3 噪聲對穩態平均光強相對漲落的影響

圖2（a） 相對漲落與泵噪聲強度的關系曲線（）圖2（b） 相對漲落與泵噪聲強度的關系曲線（）

圖3（a） 相對漲落與量子噪聲強度的關系曲線（）圖3（b） 相對漲落與量子噪聲強度的關系曲線（）

4 凈增益系數和量子噪聲實虛部間關聯對穩態平均光強相對漲落的影響

圖4 相對漲落與凈增益系數和關聯系數的關系曲線（）

5 結論

激光系統用穩態平均光強相對漲落來描述系統的穩定性，即漲落越小，系統相對越穩定。綜上所述，加性輸入的周期信號、噪聲及量子噪聲間的關聯和閾值對系統的穩態平均光強相對漲落有較大的影響。在信號振幅減弱、信號頻率增大、量子噪聲和泵噪聲強度減弱、量子噪聲實虛部間弱關聯和遠離閾值的條件下激光系統的統計漲落較小。

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Intensity Fluctuation in the Loss-Noise Model Of Single-Mode Laser with an Input Additive Signal

YE Qing, QING Xiu-hua

(School of Electronic and Electrical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

Using the linear approximation method, we calculated the normalized steady-state mean intensity correlation function, the normalized steady-state mean intensity fluctuationin a loss-noise model of single-mode laser system with an input additive signal driven by a colored pump noise and a quantum noise, whose real and imaginary part are cross-correlated. We found thatbecomes lower when the signal has smaller amplitude or higher frequency, the pump noise intensity is smaller, the quantum noise intensity is smaller, the laser system is far from threshold and the cross-correlation between the real and imaginary part of quantum noise is weaker.

single-mode laser; noise; quantum noise; net gain; steady-state mean intensity fluctuation

TN241

A

2095－414X(2016)06－0072－05

葉慶（1982- ），女，講師，碩士，研究方向：激光物理、統計物理.

國家自然科學基金面上項目（11275157）.