Requirements of Laser Stabilization
窄线宽外腔半导体激光器线宽窄，相干性好，且具有半导体激光器转换效率高、体积小等普遍特点， 在精密干涉测量、 激光雷达、原子钟和频率梳等众多领域有着广泛应用，想要在高精密领域更好的运用， 输出激光的稳定性至关重要。
在光纤通信中，稳定的激光输出可以显著降低误码率，提高数据传输的可靠性和效率；在科学实验和精密测量中，稳定的激光是确保测量精度和重复性的重要因素；在激光雷达领域，稳定的激光器可以提高距离测量的精度和分辨率；随着量子技术的兴起，需要激光器在长时间内保持稳定的性能，特别是在光子与原子跃迁相互作用是实现所需功能的系统中，包括基于离子和原子的量子计算，量子传感器如原子钟、原子干涉仪和里德伯（Rydberg）传感器、频率梳等。Laser Frequency Stabilization & SNR
激光器的稳定性主要是指其输出光的稳定性，如频率、相位、功率等，而频率稳定性是其中一个最重要的方面。
激光器频率稳定的方法可以分为主动稳频和被动稳频两种，主被动稳频的区别在于是否有稳定的频率参考。被动稳频一般是指在不增加激光器元件的情况下通过控制温度、改变腔体材料、减振等措施来设法保持谐振腔腔长不变，从而达到稳定激光频率的作用。在众多主动稳频方法中，通常用于将激光频率锁定到高精度的光学腔或原子吸收线，以提高激光频率的稳定性和减少频率噪声。信号噪声比（SNR）
在激光频率稳定锁定技术中，激光器与参考频率（光学腔或原子单元）锁定的稳定性取决于误差信号的信噪比（SNR），SNR越高，锁定就越稳定。尽管可以通过增加信号强度来提高SNR，但信号强度有一个上限。因此，减少噪声成为提高SNR的主要方法。
相对幅度调制（Relative Amplitude Modulation, RAM）噪声是半导体激光器中的主要噪声源之一。它是由于光源（如激光器）输出光功率的不稳定性引起的，表现为光信号幅度的随机变化，RAM噪声来自电光调制器在激光光束上产生的不等边带，这会增加调制频率周围的噪声（频率偏移噪声），从而限制误差信号的信噪比和锁定质量。此外，RAM噪声还会影响光学腔或原子线中心的准确性。
被动方法：选择高质量的电光调制器并进行温度稳定化，可以减少RAM噪声。主动方法：通过专门的反馈电路，RAM噪声可以降低60 dB，但这会增加系统的复杂性、尺寸、功耗和成本。
OEwaves激光器
降低RAM噪声的秘诀
The Secret of Reducing RAM Noise by OEwaves' Lasers
OEwaves 激光器采用独特的回音壁式谐振腔（whispering gallery mode resonator, WGM）设计，具有卓越的频率稳定性和长时间的可靠性。该激光器的短期稳定性为 10⁻⁹@1s，长期稳定性为 100MHz/天，洛伦兹线宽可小于 1Hz。美国OEwaves激光器主要通过以下方法实现超低的相对强度噪声（RAM），从而达到超高的频率稳定性：
OEwaves激光器利用高品质因子（Q值）的微腔结构，这些微腔能够显著减少光子和电子之间的相互作用，降低相对强度噪声（RIN），进而减少RAM噪声。高Q值微腔提供稳定的光输出，减少幅度波动。OEwaves激光器配备高精度的温度控制系统，通过使用热电制冷器（TEC）和精密温度控制电路，使激光器工作在稳定的温度下。恒定的温度环境减少了由于温度波动引起的输出功率变化，从而降低RAM噪声。OEwaves激光器使用低噪声的驱动电源，确保电源噪声对激光输出功率的影响最小。稳定的电源供应减少了电源波动引起的功率波动，从而降低RAM噪声。激光器的封装设计对其性能有重要影响。OEwaves激光器采用高稳定性的封装技术，有效屏蔽外界电磁干扰和机械振动，从而降低这些外界因素对激光输出功率的影响。这种设计有助于减少RAM噪声。一些OEwaves激光器配备了主动反馈控制系统，可以实时监测和调整激光器的输出功率。通过反馈控制电路动态调整激光器的工作参数，使其保持在一个稳定的工作点，减少由于功率波动引起的RAM噪声。OEwaves激光器使用高质量的材料和先进的制造工艺，确保激光器内部各个组件的高精度和高可靠性。这些高质量的元件和工艺能够减少内部噪声源的影响，提高激光器的稳定性，从而降低RAM噪声。OEwaves激光器的驱动信号经过精密设计和校准，以确保信号的纯净和稳定。通过消除驱动信号中的失真和噪声，可以减少由于驱动信号问题引起的RAM噪声。OEwaves激光器能够提供超低噪声（亚赫兹线宽）的输出，并且在降低RAM噪声方面具有显著优势。OEwaves激光器可以将RAM噪声控制在信号水平以下80 dB的水平，这主要是通过改变晶体共振腔的折射率来实现的。通过在共振器上附加PZT元件并施加电压，改变共振器的折射率和模式频率。这种过程高度线性，确保了激光载波上的边带在幅度和相位（频率）上是相等的，从而实现极低的RAM噪声。通过这些技术，OEwaves激光器不仅在降低RAM噪声方面表现出色，还提供了紧凑且成本效益高的解决方案，适用于需要高稳定性和低噪声激光源的各种高精度应用。
