用于激光和光频梳噪声表征的数字信号处理技术：教程

对采样数据进行激光和光频梳的噪声表征相比模拟测量技术具有许多优势。主要优势之一是测量设置大大简化。只需要一个平衡探测器后接模数转换器，从而将所有复杂性转移到数字域。其次，接近最优的相位估计器可以高效实现，在存在测量噪声的情况下提供准确的相位噪声估计。最后，可以联合处理多个梳齿，从而能够计算相位噪声相关矩阵，该矩阵包含光频梳相位噪声的所有信息。本教程介绍了一个基于数字信号处理的框架，用于激光和光频梳的相位噪声表征。该框架基于扩展卡尔曼滤波器（EKF）和自动微分。EKF是在存在测量噪声的情况下光学相位的接近最优估计器，使其非常适合相位噪声测量。自动微分是高效优化EKF框架中众多参数的关键。更具体地说，EKF和自动微分的结合使得能够高效优化具有任意复杂噪声动态（可能包含许多自由参数）的光频梳的相位噪声测量。我们通过仿真和实验数据展示了该框架的有效性，展示了其在各种梳齿类型和双梳测量中的应用，突出了其准确性和多功能性。最后，我们讨论了其在数字相位噪声补偿方面的能力，这与自由运行的双梳光谱应用高度相关。