現(xiàn)代中紅外超連續(xù)介質(zhì)源還具有足夠的長(zhǎng)期強(qiáng)度穩(wěn)定性鹃锈，可以在無(wú)需重新校準(zhǔn)光譜儀器的情況下靈活地進(jìn)行測(cè)量和集成荤胁。本文對(duì)中紅外超連續(xù)光源的長(zhǎng)期穩(wěn)定性進(jìn)行介紹。
中紅外超連續(xù)光源的長(zhǎng)期穩(wěn)定性
摘要：現(xiàn)代中紅外超連續(xù)介質(zhì)源還具有足夠的長(zhǎng)期強(qiáng)度穩(wěn)定性屎债，可以在無(wú)需重新校準(zhǔn)光譜儀器的情況下靈活地進(jìn)行測(cè)量和集成仅政。本文對(duì)中紅外超連續(xù)光源的長(zhǎng)期穩(wěn)定性進(jìn)行介紹垢油。
長(zhǎng)期穩(wěn)定可以從幾個(gè)方面來(lái)描述。zui直接的方法是在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)評(píng)估發(fā)射功率的穩(wěn)定性圆丹。圖1(a)描述了商用中紅外超連續(xù)光譜激光源(Novae滩愁，覆蓋范圍，2.4 MHz重復(fù)頻率辫封，光譜覆蓋范圍從大約硝枉。5200 cm-1至2380 cm-1)。測(cè)量使用中紅外兼容功率計(jì)(Coherent, LabMax TOP功率計(jì)倦微，LM-10 HTD探測(cè)器頭)進(jìn)行妻味，采樣時(shí)間步長(zhǎng)為3分鐘。相對(duì)輸出功率波動(dòng)為0.2%璃诀，然而弧可，應(yīng)該注意的是，在第1個(gè)大約20分鐘的周期內(nèi)劣欢，由于源在這個(gè)預(yù)熱時(shí)間內(nèi)顯示了平均輸出功率的漂移棕诵，導(dǎo)致了更強(qiáng)的變化(不包括這個(gè)時(shí)間跨度，相對(duì)波動(dòng)低于0.15%)凿将。
圖1所示校套。商業(yè)系統(tǒng)中紅外超連續(xù)譜源的長(zhǎng)期穩(wěn)定性表現(xiàn)為(a)功率穩(wěn)定性(Novae超連續(xù)譜發(fā)射器，8小時(shí))和(b) Allan方差(NKT光子學(xué)牧抵，65小時(shí))笛匙。
為了從積分性能方面評(píng)估長(zhǎng)期穩(wěn)定性(即接近平均的極限)，區(qū)分潛在的噪聲源和強(qiáng)度波動(dòng)類型犀变，可以采用另一種測(cè)量方法妹孙。在光譜測(cè)量中，檢測(cè)極限是積分時(shí)間加上儀器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性的函數(shù)(例如获枝，記錄平均過(guò)程的平均值蠢正，例如使用脈沖平均或干涉圖平均)。因此省店，可以使用艾倫方差的概念嚣崭，其本質(zhì)上是數(shù)據(jù)簇平均的雙樣本方差作為簇大小的函數(shù)，該概念首先被Werle用于光譜學(xué)懦傍。在接下來(lái)的評(píng)估中雹舀，我們使用了重疊Allan方差估計(jì)器，與Werle使用的標(biāo)準(zhǔn)Allan方差算法相比粗俱，它通過(guò)引入重疊聚類來(lái)利用給定數(shù)據(jù)集的所有可能組合说榆，因此顯示出更高的置信度。使用以下Allan方差估計(jì)器:
其中Aj是第j個(gè)聚類（也稱為子組）的平均值，k是聚類大星┎啤（聚類中元素的數(shù)量）稍味，?0。K是觀察時(shí)間（?=?0荠卷。K，?0是采樣周期）烛愧，N是樣本總數(shù)油宜，為了簡(jiǎn)單起見，這里使用相同的符號(hào)怜姿，然后計(jì)算第j個(gè)聚類的平均值為：
其中Xi是數(shù)據(jù)集的第i個(gè)元素慎冤。
因此，這里選擇在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)采樣的平均輸出功率進(jìn)行分析沧卢。必須指出的是蚁堤，之所以選擇這一特性，是因?yàn)樵床▌?dòng)是孤立的但狭，由此產(chǎn)生的艾倫方差可以被視為源的一個(gè)特征披诗。因此，Allan方差圖表達(dá)了超連續(xù)介質(zhì)源在長(zhǎng)期運(yùn)行中的噪聲行為(不管初始時(shí)間時(shí)刻)立磁，并定義了平均zui優(yōu)積分時(shí)間和降噪能力呈队。
圖1(b)描述了基于zblan的中紅外超連續(xù)光源的Allan圖(NKT Photonics, SuperK中紅外，光譜覆蓋范圍約為唱歧。6600 cm-1至2250 cm-1宪摧，中紅外功率約230 mW，反常泵方案)颅崩。對(duì)一系列平均功率測(cè)量進(jìn)行方差推導(dǎo)几于，采樣周期為30秒，總評(píng)估時(shí)間為65小時(shí)沿后。得到的艾倫圖顯示沿彭，在低積分時(shí)間，白噪聲占主導(dǎo)地位得运，因?yàn)榉讲顪p少成比例的平均時(shí)間膝蜈。觀測(cè)到的白噪聲的起源可以歸因于異常模式下泵浦產(chǎn)生的超連續(xù)譜的特性。艾倫圖還表明熔掺，通過(guò)在zui佳時(shí)間段內(nèi)平均饱搏，信噪比可以提高一個(gè)以上的數(shù)量級(jí)。觀測(cè)到的長(zhǎng)期波動(dòng)開始對(duì)超過(guò)zui佳集成時(shí)間(約1500秒)的集成效率產(chǎn)生負(fù)面影響置逻。對(duì)于大于一天的星團(tuán)推沸，可以觀察到第二次降噪(對(duì)于單光譜測(cè)量來(lái)說(shuō)，這不是合適的時(shí)間)。這些每日的波動(dòng)可能與溫度變化有關(guān)鬓催。
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