级联阶布里渊激光器中的基本噪声动力学

级联阶布里渊激光器的动力学特性使其成为旋转传感、高相干光通信和低噪声微波信号合成等应用的理想选择。值得注意的是，在芯片尺度上实现时，最近的实验研究表明，布里渊激光器可在基本线宽 regime 下工作，其中光机械和量子噪声源占主导地位。为探索提升性能的新机会，我们基于由电致伸缩和涨落耗散定理所支配的耦合模动力学，建立了一个简单模型来描述级联布里渊激光器的物理过程。由该模型，我们得到了描述稳态功率演化及伴随噪声特性的解析公式，包括级联激光阶的拍频相位噪声、相对强度噪声和功率谱的表达式。我们的分析揭示，级联改变了中间激光阶的动力学，产生了不同于单模布里渊激光器的噪声特性。这些改变导致斯托克斯阶线宽依赖于耦合阶动力学，且线宽比先前单阶理论所预测的要宽。我们还推导了高阶拍频的一个简单解析表达式，使得仅基于阶间相对测量功率而非绝对参数即可计算斯托克斯线宽，从而给出了一种测量级联阶线宽的方法以及对亚赫兹工作的预测。我们利用级联激光动力学的随机数值模拟验证了我们的结果。