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Relative intensity noise reduction with fiber ring resonator
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资源说明：### 相对强度噪声利用光纤环形谐振器的抑制技术
#### 摘要与背景
本研究提出了一种采用光纤环形谐振器（Fiber Ring Resonator, FRR）来降低相对强度噪声（Relative Intensity Noise, RIN）的方法，以此改善光纤陀螺仪（Fiber Optic Gyroscope, FOG）的角度随机游走（Angular Random Walk, ARW）。当检测到的光功率达到数十微瓦时，特定频率下的RIN会显著影响FOG的性能。通过在光源与干涉仪之间添加一个光纤环形谐振器，可以周期性地调制光谱，并有效降低该频率下的RIN。本文通过理论分析和实验验证了RIN的减少量。
#### 引言
宽带光源因其较短的相干长度而在光纤陀螺仪中得到了广泛应用。这种光源的输出功率波动是由其光谱内部不同频率成分之间的随机拍频引起的，这种现象被称为相对强度噪声（RIN）。RIN的存在限制了系统灵敏度，使其无法通过增加注入干涉仪的光学功率来进一步提高。为了克服这一限制，已提出了多种降低RIN的方法，包括电子或光学手段减小RIN、改变调制深度以及使用干涉滤波器调制光谱等。
在光纤陀螺仪中，特定频率下的RIN会严重影响其角度随机游走（ARW）。因此，通过在光源与干涉仪之间加入光纤环形谐振器来周期性地调制光谱，进而降低该频率下的RIN，是一种有效的改进方法。本研究将从理论上和实验上探讨利用光纤环形谐振器降低RIN的效果。
#### 光纤环形谐振器的基本原理
光纤环形谐振器是一种基于光纤结构的谐振腔，它可以被用来选择性地增强或减弱特定频率范围内的光信号。当光信号通过FRR时，会在谐振器内部多次反射，形成特定的光谱模式。通过调整光纤环形谐振器的设计参数，如光纤长度、折射率等，可以控制其谐振频率和带宽，从而实现对特定频率下RIN的有效抑制。
#### 理论分析
对于特定频率下的RIN，光纤环形谐振器的作用在于通过引入额外的相位调制，改变输入光信号的频谱分布，从而达到降低噪声的目的。具体来说，FRR可以通过选择性地增强或减弱某些频率成分，实现对RIN的控制。理论分析表明，在适当的参数设置下，FRR可以有效地降低光纤陀螺仪中特定频率下的RIN水平。
#### 实验验证
为了验证理论分析的有效性，本研究进行了实验测试。实验结果显示，在特定频率下，RIN降低了5.2dB，这相当于标准偏差减少了2.6dB。此外，光纤陀螺仪的角度随机游走（ARW）从870μdeg/h^1/2降至580μdeg/h^1/2，即降低了1.8dB。这些结果表明，通过使用光纤环形谐振器确实能够有效降低RIN，进而改善光纤陀螺仪的整体性能。
#### 结论
本研究通过理论分析和实验验证，证明了采用光纤环形谐振器可以有效降低光纤陀螺仪中的相对强度噪声（RIN），特别是对于特定频率下的RIN。这一方法不仅能够提高光纤陀螺仪的角度随机游走性能，还为改善其他依赖于低噪声光源的光学系统提供了新的思路和技术途径。未来的研究将进一步探索优化光纤环形谐振器的设计，以实现更高效、更广泛的RIN抑制效果。
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