Ширинотінні характеристики одночастотних волоконних лазерів

Одночастотні волоконні лазери мають дуже вузьку граничну ширину лінії, а форма їхньої спектральної лінії лоренцова, що істотно відрізняється від одночастотних напівпровідників. Причина в тому, що одночастотні волоконні лазери мають довші лазерні резонансні порожнини та довший час життя фотонів у порожнині. Це означає, що одночастотні волоконні лазери мають нижчий фазовий шум і частотний шум, ніж одночастотні напівпровідникові лазери.

Результати тестування ширини лінії одночастотних волоконних лазерів пов’язані з часом інтеграції. Цей час інтеграції часто важко зрозуміти. Фактично, це можна просто зрозуміти як час для «спостереження та тестування» одночастотного волоконного лазера. Протягом цього часу ми вимірюємо фазовий шум спектру за частотою биття, щоб обчислити ширину лінії. Взявши як приклад гетеродинний нерівноважний інтерферометр M-Z, довжина волокна із затримкою становить 50 км, показник заломлення серцевини одномодового волокна приймається рівним 1,5, а швидкість світла у вакуумі дорівнює 3x108 метрів/секунду, тоді світло в одномодовому волокні. Затримка приблизно 4,8 нс генерується на кожен 1 метр передачі, що еквівалентно затримці 240 мкс після 50 км оптичного волокна.

Уявімо, що одночастотний лазер, який тестується, стає двома клонами з абсолютно однаковими характеристиками після проходження через оптичний розгалужувач 1:1. Один із клонів працює на 240 нас довше за іншого. Коли два клони проходять через другий 1:1. Коли оптичний з’єднувач поєднується, клон, який працює на 240 мкс довше, переносить фазовий шум. Завдяки впливу фазового шуму одночастотний лазер після рекомбінації має певну ширину спектра в порівнянні зі станом до запуску. Якщо говорити більш професійно, цей процес називається модуляцією фазового шуму. Оскільки розширення, викликане модуляцією, є двосмуговим, ширина спектра фазового шуму вдвічі перевищує ширину лінії одночастотного лазера, який потрібно виміряти. Щоб обчислити ширину розширеного спектру на спектрі, необхідне інтегрування, тому цей час називається часом інтегрування.

Завдяки наведеному вище поясненню ми можемо зрозуміти, що повинен існувати зв’язок між «часом інтеграції» та виміряною шириною лінії одночастотного волоконного лазера. Чим коротший «час інтеграції», тим менший вплив фазового шуму, викликаного клоном, і тим вужчою є ширина лінії вимірювання одночастотного волоконного лазера.

Щоб зрозуміти це з іншого боку, що описує ширина лінії? є частотний шум і фазовий шум одночастотного лазера. Самі ці шуми існують завжди, і чим довше вони накопичуються, тим очевиднішим стає шум. Таким чином, чим довше триває «тест спостереження» частотного шуму та фазового шуму одночастотного волоконного лазера, тим більшою буде виміряна ширина лінії. Звичайно, час, згаданий тут, насправді дуже короткий, наприклад наносекунди, мікросекунди, мілісекунди або аж до другого рівня. Це здоровий глузд у тестуванні та вимірюванні випадкового шуму.

Чим вужча ширина лінії спектру одночастотного волоконного лазера, тим чистішим і красивішим буде спектр у часовій області з надзвичайно високим коефіцієнтом придушення бічної моди (SMSR), і навпаки. Оволодіння цим пунктом може визначити одночастотну продуктивність одночастотних лазерів, коли умови тестування ширини лінії недоступні. Звичайно, через технічні принципи та обмеження роздільної здатності спектрометра (OSA), спектр одночастотних волоконних лазерів не може кількісно або точно відображати його продуктивність. Оцінка фазового та частотного шумів досить груба і іноді призводить до неправильних результатів.

Фактична ширина лінії одночастотних напівпровідникових лазерів зазвичай вища, ніж у одночастотних волоконних лазерів. Хоча деякі виробники дуже красиво висувають показники ширини лінії одночастотних напівпровідникових лазерів, фактичні тести показують, що гранична ширина лінії одночастотних напівпровідникових лазерів вище, ніж у одночастотних напівпровідникових лазерів. Частотний волоконний лазер повинен бути широким, а його показники частотного шуму і фазового шуму також повинні бути поганими, що визначається структурою і довжиною резонансного резонатора одночастотного лазера. Звичайно, безперервно розвивається одночастотна напівпровідникова технологія продовжує пригнічувати фазовий шум і звужувати ширину лінії одночастотних напівпровідникових лазерів шляхом значного збільшення довжини зовнішнього резонатора, подовження часу життя фотона, контролю фази та підвищення порогу для формування умов стоячої хвилі в резонаторі.