基于马尔可夫态反馈的数字稳频激光的稳态统计建模
光学
2026-04-09 v1 量子物理
摘要
激光频率稳频通常使用连续时间控制理论进行分析，该理论能准确模拟模拟反馈，但不足以描述数字实现中的量化、采样和随机噪声所塑造的动力学。在现代数字激光系统中，如基于光子集成电路（PIC）的激光器，有限的鉴别器和执行器分辨率、采样延迟和测量噪声引入了确定性模型无法捕捉的随机行为。我们提出了一种离散时间马尔可夫态框架，用于建模数字激光频率锁定中有量化执行器的演化，状态转移概率由频率鉴别器响应、噪声统计和实现的数字控制逻辑决定。稳态执行器和锁定激光频率分布直接从转移矩阵的单位特征值解获得，无需长时间域仿真即可即时获取关键稳定性指标。对于白频率噪声，我们在去相关采样和更新方案下证明马尔可夫表述是精确的，而相关鉴别器采样会在不偏移工作点的情况下引入执行器方差的可预测膨胀。在存在有色噪声的情况下，长程时间相关性会在执行器均值和方差中引入采样依赖偏差，定义了无记忆马尔可夫描述的有效范围。该框架为分析和优化集成光子系统中的数字稳频激光器提供了一种紧凑且物理透明的工具。
引用
@article{arxiv.2604.06676,
title = {Steady-State Statistical Modeling of Digitally Stabilized Laser Frequency with Markov-State Feedback},
author = {Swarnav Banik and Elliot Greenwald and Xing Pan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.06676},
year = {2026}
}