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中紅外超連續光源的長期穩定性

發布時間:2024-05-06 11:26:31 瀏覽量:1465 作者:Tom

摘要

現代中紅外超連續介質源還具有足夠的長期強度穩定性,可以在無需重新校準光譜儀(yi) 器的情況下靈活地進行測量和集成。本文對中紅外超連續光源的長期穩定性進行介紹。

正文


中紅外超連續光源的長期穩定性


摘要:現代中紅外超連續介質源還具有足夠的長期強度穩定性,可以在無需重新校準光譜儀(yi) 器的情況下靈活地進行測量和集成。本文對中紅外超連續光源的長期穩定性進行介紹。


 長期穩定可以從(cong) 幾個(ge) 方麵來描述。zui直接的方法是在相當長的一段時間內(nei) 評估發射功率的穩定性。圖1(a)描述了商用中紅外超連續光譜激光源(Novae,覆蓋範圍,2.4 MHz重複頻率,光譜覆蓋範圍從(cong) 大約。5200 cm-1至2380 cm-1)。測量使用中紅外兼容功率計(Coherent, LabMax TOP功率計,LM-10 HTD探測器頭)進行,采樣時間步長為(wei) 3分鍾。相對輸出功率波動為(wei) 0.2%,然而,應該注意的是,在第1個(ge) 大約20分鍾的周期內(nei) ,由於(yu) 源在這個(ge) 預熱時間內(nei) 顯示了平均輸出功率的漂移,導致了更強的變化(不包括這個(ge) 時間跨度,相對波動低於(yu) 0.15%)。


圖1所示。商業(ye) 係統中紅外超連續譜源的長期穩定性表現為(wei) (a)功率穩定性(Novae超連續譜發射器,8小時)和(b) Allan方差(NKT光子學,65小時)。

 

為(wei) 了從(cong) 積分性能方麵評估長期穩定性(即接近平均的極限),區分潛在的噪聲源和強度波動類型,可以采用另一種測量方法。在光譜測量中,檢測極限是積分時間加上儀(yi) 器的長期穩定性的函數(例如,記錄平均過程的平均值,例如使用脈衝(chong) 平均或幹涉圖平均)。因此,可以使用艾倫(lun) 方差的概念,其本質上是數據簇平均的雙樣本方差作為(wei) 簇大小的函數,該概念首先被Werle用於(yu) 光譜學。在接下來的評估中,我們(men) 使用了重疊Allan方差估計器,與(yu) Werle使用的標準Allan方差算法相比,它通過引入重疊聚類來利用給定數據集的所有可能組合,因此顯示出更高的置信度。使用以下Allan方差估計器:



其中Aj是第j個(ge) 聚類(也稱為(wei) 子組)的平均值,k是聚類大小(聚類中元素的數量),Ƭ0。K是觀察時間(Ƭ=Ƭ0。K,Ƭ0是采樣周期),N是樣本總數,為(wei) 了簡單起見,這裏使用相同的符號,然後計算第j個(ge) 聚類的平均值為(wei) :



其中Xi是數據集的第i個(ge) 元素。


因此,這裏選擇在很長一段時間內(nei) 采樣的平均輸出功率進行分析。必須指出的是,之所以選擇這一特性,是因為(wei) 源波動是孤立的,由此產(chan) 生的艾倫(lun) 方差可以被視為(wei) 源的一個(ge) 特征。因此,Allan方差圖表達了超連續介質源在長期運行中的噪聲行為(wei) (不管初始時間時刻),並定義(yi) 了平均zui優(you) 積分時間和降噪能力。


圖1(b)描述了基於(yu) zblan的中紅外超連續光源的Allan圖(NKT Photonics, SuperK中紅外,光譜覆蓋範圍約為(wei) 。6600 cm-1至2250 cm-1,中紅外功率約230 mW,反常泵方案)。對一係列平均功率測量進行方差推導,采樣周期為(wei) 30秒,總評估時間為(wei) 65小時。得到的艾倫(lun) 圖顯示,在低積分時間,白噪聲占主導地位,因為(wei) 方差減少成比例的平均時間。觀測到的白噪聲的起源可以歸因於(yu) 異常模式下泵浦產(chan) 生的超連續譜的特性。艾倫(lun) 圖還表明,通過在zui佳時間段內(nei) 平均,信噪比可以提高一個(ge) 以上的數量級。觀測到的長期波動開始對超過zui佳集成時間(約1500秒)的集成效率產(chan) 生負麵影響。對於(yu) 大於(yu) 一天的星團,可以觀察到第二次降噪(對於(yu) 單光譜測量來說,這不是合適的時間)。這些每日的波動可能與(yu) 溫度變化有關(guan) 。


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