[发明专利]一种互注入锁定光源线宽的设计与评估方法

权利要求书

1.一种互注入锁定光源线宽的设计与评估方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，测试或调整两个激光器在自由激射时的状态参数；

步骤2，测试或调整耦合元件的传输矩阵；

步骤3，建立单向注入锁定模型；

步骤4，设置初始条件；

步骤5，噪声相关性迭代计算；

步骤6，收敛判定以及目标线宽差值是否在门限内判定；

步骤5具体为：利用维纳-钦辛定理，得到强度噪声、相位噪声的噪声谱密度，

其他传递函数为，

除此之外，式(5)中最后两项中的噪声相关函数可表示为，

剩余3个噪声相关性可通过式(9)-(11)得到

其中

以上就建立了第k个子过程与第k-1个、第k-2个子过程的迭代关系，从而建立起整个互注入锁定过程；将步骤4中的初始值带入，就可迭代计算出互注入锁定的相位噪声谱密度S_φφ(ω)。

2.根据权利要求1所述的一种互注入锁定光源线宽的设计与评估方法，其特征在于：步骤1具体为：根据参数拟合技术得到包括激光器的输出功率、增益、线宽增强因子、载流子寿命和光子寿命，通过改变激光器的注入电流或工作环境温度调整其参数。

3.根据权利要求2所述的一种互注入锁定光源线宽的设计与评估方法，其特征在于：步骤2具体为：获得包括耦合延时、功率衰减和色散信息；

改变进入耦合元件时强度波动△P、相位波动的△φ，其输出与输入之间的关系可以通过式(1)表示，

其中i≠j，分别代表两个耦合的激光器，f是传输矩阵，等号右侧为输入，左侧为输出，上标k代表第k个子过程；

分别代表了注入光子密度、光子相位波动，上标τ_c代表注入光的噪声是耦合延时τ_c前发出的；f_pp,f_pφ,f_φp,f_φφ分别为对应矩阵系数，它们与两个激光器之间的耦合器件有关，矩阵系数与耦合延时τ_c相关。

4.根据权利要求3所述的一种互注入锁定光源线宽的设计与评估方法，其特征在于：对于采用短距离单模光纤与衰减器组成的耦合元件，只需考虑耦合延时与功率衰减，而采用长距离光纤或光纤光栅等耦合元件时需考虑色散影响；耦合元件的调整通过改变耦合元件的环境温度或者采用压电陶瓷调整其长度实现。

5.根据权利要求3所述的一种互注入锁定光源线宽的设计与评估方法，其特征在于：步骤3具体为：由于是弱耦合的互注入锁定，因此可忽略外腔反馈效应，互注入锁定可以分解为两个单向注入锁定系统，对于每个单向注入锁定系统的模型为，

其中F₁，F₂，F₃是不相关的Langevin噪声项，与分别为对面激光器的强度噪声与相位噪声，在经典噪声模型中，F_1′为载流子噪声，但不包括进入激射模式的自发辐射噪声，F₂与F₃是由自发辐射产生进入激射模式的噪声，P_inj为注入光的光子密度，P₀为从激光器的光子密度，φ₀为主、从激光器之间的相位差，N₀为载流子密度，N_tr为透明载流子浓度，△I为调制电流，α为线宽增益因子，υ_gAP₀为增益因子，κ为耦合速率，τ_ph为光子寿命，τ为载流子寿命。