Минимизация погрешности измерения фазовых шумов узкополосного лазера c помощью интерферометра Маха-Цендера на основе волокна с сохранением поляризации

Предложено устройство для измерений фазовых шумов с использованием интерферометра Маха-Цендера, все волоконные элементы которого выполнены на основе волокна с сохранением состояния поляризации. Это позволяет не применять в устройстве опорный источник излучения и таким образом значительно снизить стоимость установки. В устройстве формируются два интерференционных сигнала от ортогонально поляризованных волн, разделяемые затем поляризационным демультиплексором, что устраняет влияние внешних шумов на результат измерения. Описан алгоритм вычисления фазового шума и приведена оценка влияния температурной нестабильности. Для оценки работоспособности установки и алгоритма обработки сигнала выполнено сравнение вычисленных и заданных при моделировании характеристик фазового шума.

фазовый шум, волокно с сохранением поляризации, интерферометр Маха-Цендера, лазер, относительный шум интенсивности, спектральная плотность мощности, рhase noise, PM-fiber, Mach-Zehnder interferometer (MZI), relative intensity noise (RIN), рower spectral density, laser

1. Paschotta R. Encyclopedia of laser physics and technology. V. 1. Berlin: Wiley-vch, 2008.

2. Гришин С. Г., Телешевский В. И. Анализ фазовых шумов в гетеродинной интерферометрии с акустооптическим преобразованием частоты света // Измерительная техника. 2014. № 1. С. 17-21.

3. Wang Y., Jin B., Wang Y., Wang D., Liu X., Bai Q. Real-Time Distributed Vibration Monitoring System Using Phi-OTDR // IEEE Sensors J. 2017. V. 17. No. 5. Р. 1333-1341.

4. Pniov A., Zhirnov A., Shelestov D., Stepanov K., Nesterov E., Karasik V., Laporta P., Galzerano G., Taccheo S., Piroddi L., Norgia M., Pesatori A., Svelto C. Yb, Er: glass Microlaser at 1,5 μm for optical fibre sensing: Development, characterization and noise reduction // Acta IMEKO. 2016. V. 5. No. 4. Р. 24-28.

5. Fedorov, A. K., Anufriev, M. N., Zhirnov, A. A., Stepanov, K. V., Nesterov, E. T., Namiot, D. E., Karasik, V. E., Pnev, A. B. Note: Gaussian mixture model for event recognition in optical time-domain reflectometry based sensing systems // Rev. Sci. Instrum. 2016. V. 87. No. 3. Р. 036107. DOI: 10.1063/1.4944417

6. Makarenko A. V. Deep learning algorithms for signal recognition in long perimeter monitoring distributed fiber optic sensors // Machine Learning for Signal Processing (MLSP): IEEE 26th International Workshop on, Vietri sul Mare. 2016. Р. 1-6. DOI: 10.1109/MLSP.2016.7738863.

7. Williams K. J., Dandridge A., Kersey A. D., Weller J. F., Yurek A. M., Tveten A. B. Interferometric measurement of low-frequency phase noise characteristics of diode laser-pumped Nd: YAG ring laser // Electronics Lett. 1989. V. 25. Р. 774-776. DOI: 10.1049/el:19890523.

8. Meng Z., Hu Y., Xiong S., Stewart G., Whitenett G., Culshaw B. Phase noise characteristics of a diode-pumped Nd: YAG laser in an unbalanced fiber-optic interferometer // Appl. Оpt. 2005. V. 44. No. 17. Р. 3425-3428. DOI: 10.1364/AO.44.003425.

9. Pnev A. B., Stepanov K. V., Dvoretskiy D. A., Zhirnov A. A., Nesterov E. T., Sazonkin S. G., Chernutsky A. O., Shelestov D. A., Fedorov A. K., Svelto C., Karasik V. E. Minimization of errors in narrowband laser phase noise measurements based on reference measurement channels //Intern. J. Аdvanced Вiotechnology and Research. 2016. V. 7. No. 4. Р. 1445-1451.