パルス繰り返し位相検波法を用いた光源強度ノイズキャンセルにおける強度ノイズ由来の位相ノイズ除去

摘要

誘導ラマン散乱法のように、ポンプ光による試料の刺激をもう一つのプローブ光の強度変化で検出するポンプ・プローブ法では、プローブ光の強度雑音が信号雑音比(S/N)を決定する大きな要因となる。そこで我々は、数十MHz の繰り返しパルス光源を用いる場合で、S/N 向上法を開発してきた。光源を分岐した参照光に対してパルス繰り返しの1/4 周期（パルス繰り返し位相π/の遅延を与えてプローブ光と重ね（図1）、重ねられた検出信号のパルス繰り返し位相に着目する。光源の強度雑音はプローブ光と参照光の強度を同じように変化させるので、検出信号の位相は変化しない。一方、試料計測によるプローブ光だけの強度変化は位相を変化させる。従って、検出信号のパルス繰り返し位相検波によりS/N が向上する。フォトニック結晶ファイバーによる白色パルス光をプローブ光とした場合、本方法で最大28 dB、S/N が改善したが、ショット雑音限界には~20 dB の改善の余地がある。