ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2023. №8
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.8.2
УДК: 681.787:681.785
ИЗМЕРЕНИЕ ФАЗОВЫХ И АМПЛИТУДНЫХ ШУМОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЛАЗЕРОВ. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ. КАЛИБРОВКА. РЕЗУЛЬТАТЫ
А.С. Лучинин, И.В. Малыгин
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина,
Екатеринбург, Россия,
Статья поступила в редакцию 20 апреля 2023 г.
Аннотация. Экспериментально продемонстрировано применение метода частотного детектора для измерения спектра фазового шума полупроводниковых лазеров. Частотный детектор реализован на основе разбалансированного интерферометра Маха Цендера и фотодетектора. Получены аналитические соотношения, позволяющие выбирать параметры интерферометра Маха Цендера и выполнять экспериментальным путем калибровку измерительной системы. Предложена методика измерения спектральных составляющих фазового шума лазеров при наличии медленного дрейфа задержки в оптоволоконных линиях и частоты исследуемого лазера. Приведены результаты измерения фазового шума малошумящего лазерного модуля DX-1 и сильно шумящих лазерных диодов LSDLD155 (DFB) и LSFLD155 (FP). Обнаружена большая корреляция уровней амплитудного и фазового шума названных лазеров. Показано определяющее влияние шумов лазеров LSDLD155 и LSFLD155 на уровень фазового шума оптоэлектронных (ОЭ) СВЧ генераторов, построенных с их применением. Выдвинуто предположение, что малошумящий лазерный модуль DX-1, имеющий уровень фазового шума на 20–60 дБ ниже (на разных участках спектра), не является определяющим в уровне фазового и амплитудного шума оптоэлектронного СВЧ генератора. Исследуемый ОЭ генератор построен при выполнении исследований в настоящей работе. Генератор обладает низким уровнем фазового шума: −120 дБн/Гц на отстройке 10 кГц. Частота колебаний 6,8 ГГц; длина оптоволоконной линии задержки 200 м.
Ключевые слова: лазер; интерферометр Маха Цендера; оптоэлектронный СВЧ генератор; фазовый шум; амплитудный шум; методика измерения; калибровка.
Автор для переписки: Малыгин Иван Владимирович, i.v.malygin@urfu.ru
Литература
1. Paschotta R. Noisein Laser Technology. Part 1: Intensity and Phase Noise. Optik & Photonik. 2009. №2. P.48-50. https://doi.org/10.1002/opph.201190028
2. Llopis O., Bailly G., Bougaud A., Fernandez A. Experimental Investigations on Lasers FM and AM Noise. 2020 Joint Conference of the IEEE International Frequency Control Symposium and International Symposium on Applications of Ferroelectrics (IFCS-ISAF). 2020. Hal-02975526. https://doi.org/10.1109/IFCS-ISAF41089.2020.9234819
3. Жалуд В., Кулешов В.Н. Шумы в полупроводниковых устройствах. Москва, Советское радио. 1977. 416 с.
4. Leeson D.A Simple Model of Feedback Oscillator Noise Spectrum. IEEE Proceedings. 1966. V.54. №2. P.329-332. https://doi.org/10.1109/PROC.1966.4682
5. Abdallah Z. Microwave Sources Based on High Quality Factor Resonators: Modeling, Optimization and Metrology. Université Paul Sabatier. Дата обращения: 20.04.2023. https://theses.hal.science/tel-01445614v2/document
6. Борцов А.А. Лазерный оптоэлектронный автогенератор с малым уровнем спектральной плотности мощности фазового шума. Нелинейный мир. 2011. Т.9. №6. С.359-368.
7. Фомиряков Э.А., Харасов Д.Р., Никитин С.П., Наний О.Е., Трещиков В.Н. Влияние фазовых шумов лазера на чувствительность когерентных рефлектометров Рэлея с усреднением сигнала. Фотон-экспресс. 2021. №6. С.252-253. https://doi.org/10.24412/2308-6920-2021-6-252-253
8. Llopis O., Merrer P.H., Brahimi H., Saleh K., Lacroix P. Phase Noise Measurement of a Narrow Linewidth CW Laser Using Delay Lines Approaches. Optics Letters. 2011. №36(14). P.2713-2715. https://doi.org/10.1364/OL.36.002713
9. Zhou Q., Qin J., Xie W., Liu Z., Tong Y., Dong Y., Hu W. Dynamic Frequency-Noise Spectrum Measurement for a Frequency Swept DFB Laser with Short-Delayed Self-Heterodyne Method. Optics Express.2015. V.23. №22. P.29245-29257. https://doi.org/10.1364/OE.23.029245
10. Пнев А.Б., Борисова А.В., Денисова Я.А., Степанов К.В., Жирнов А.А., Чернуцкий А.О. Минимизация погрешности измерения фазовых шумов узкополосного лазера c помощью интерферометра Маха–Цендера на основе волокна с сохранением поляризации. Измерительная техника.2018. №5. С.37-42.
11. Скворцов М.И., Фомиряков Э.А., Трещиков В.Н., Никитин С.П., Вольф А.А., Власов А.А., Достовалов А.В. Сравнительный анализ методов измерения спектральных ширин волоконных лазеров с распределенной обратной связью. Прикладная фотоника. 2020. Т.7. №2. С.102-112.
12. Киреенков А.Ю. Волоконно-оптические интерферометрические методы для построения измерительных систем на основе поверхностно-излучающего лазера. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики. Санкт-Петербург. 2017. 155с. http://fppo.ifmo.ru/?pagel=16&page2=52&page_d=l&page_d2=145788
13. Лучинин А.С., Малыгин И.В., Журавлев А.А., Струк В.К. Источники шума в оптоэлектронных СВЧ автогенераторах. СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии.2021. №3. С.427-428.
14. Лучинин А.С., Малыгин И.В. Исследование источников шумов в оптоэлектронном СВЧ генераторе на основе оптической линии задержки. Фотон-экспресс. 2021. №6(174). С.188-189. https://doi.org/10.24412/2308-6920-2021-6-188-189
15. Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы. Москва, Наука. 1973. 228 с.
16. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов для студентов радиотехнических специальностей. Москва. Высшая школа. 1988. 448 с.
17. Малахов А.Н. Флуктуации в автоколебательных системах. Москва. Наука. 1968. 660 с.
18. Walls F.L., Demarchi A. RF Spectrum of a Signal after Frequency Multiplication; Measurement and Comparison with a Simple Calculation. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 1975. V.24. №3. P.210-217. https://doi.org/10.1109/TIM.1975.4314411
19. Sullivan D.B., Allan D.W., Howeand D.A., Wallsin F.L. Characterization of Clocks and Oscillators. NIST Technical Note 1337. National Institute of standards and Technology. U.S. Department of Commerce. Дата обращения: 20.04.2023. https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/TN/nbstechnicalnote1337.pdf
20. Tran M.A., Huang D., Bowers J.E. Tutorial on Narrow Linewidth Tunable Semiconductor Lasers Using Si/III-V Heterogeneous Integration. APL Photonics.2019. V.4. №11. P.1-19. https://doi.org/10.1063/1.5124254
21. Chen Y., Blauvelt H. Laser Linewidth, Frequency Noise and Measurement. EMCORE Corporation. Дата обращения: 20.04.2023. https://emcore.com/wp-content/uploads/2021/04/EMCORE-Laser-Linewidth-Frequency-Noise-and-Measurement. pdf
22. 1550 nm NLW LASER EP1550-NLW-B-100. Eblana Photonics Ltd. Дата обращения: 20.04.2023. https://eblana photonics. com/wp-content/uploads/2020/11/EP1550-NLW-B-100.pdf
23. Cahill J.P., Zhou W., Menyuk C.R. Additive Phase Noise of Fiber-Optic Links Used in Photonic Microwave-Generation Systems. Applied Optics.2017. V.56. №3. P.B18-B25.https://doi.org/10.1364/AO.56.000B18
24. Volyanskiy K., Chembo Y.K., Larger L., Rubiola E. Contribution of Laser Frequency and Power Fluctuations to the Microwave Phase Noise of Optoelectronic Oscillators. Journal of Lightwave Technology. 2010. V.28. №18. P.2730-2735.https://doi.org/10.1109/JLT.2010.2064230
Дляцитирования:
Лучинин А.С., Малыгин И.В. Измерение фазовых и амплитудных шумов полупроводниковых лазеров. Методика измерений. Калибровка. Результаты. Журнал радиоэлектроники[электронный журнал]. 2032. №8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.8.2