Карактеристике ширине линије једнофреквентних оптичких ласера

Једнофреквентни влакнасти ласери имају веома уску граничну ширину линије, а њихов облик спектралне линије је Лоренцовог типа, који се значајно разликује од једнофреквентних полупроводника. Разлог је тај што ласери са једнофреквентним влакнима имају дуже ласерске резонантне шупљине и дужи животни век фотона у шупљини. То значи да једнофреквентни ласери са влакнима имају нижи фазни шум и фреквенцијски шум од једнофреквентних полупроводничких ласера.

Резултати испитивања ширине линије једнофреквентних оптичких ласера ​​су повезани са временом интеграције. Ово време интеграције је често тешко разумети. У ствари, то се једноставно може схватити као време за „посматрање и тестирање“ ласера ​​са једнофреквентним влакнима. Током овог времена, меримо фазни шум спектра тако што ћемо фреквенцију ударати да бисмо израчунали ширину линије. Узимајући за пример хетеродински неравнотежни М-З интерферометар, дужина влакна са кашњењем је 50 км, индекс преламања једномодног језгра влакна се претпоставља да је 1,5, а брзина светлости у вакууму је 3к108 метара/секунди, онда светлост у једномодном влакну. Кашњење од приближно 4.8нс се генерише за сваки 1 метар преноса, што је еквивалентно кашњењу од 240ус након 50км оптичког влакна.

Замислимо да једнофреквентни ласер који се тестира постаје два клона са потпуно истим карактеристикама након проласка кроз оптички разделник 1:1. Један од клонова ради 240ус дуже од другог. Када два клона прођу кроз други 1:1 Када се оптички спојник комбинује, клон који ради 240ус дуже носи фазни шум. Због утицаја фазног шума, једнофреквентни ласер након рекомбинације има одређену ширину у спектру у поређењу са стањем пре стартовања. Професионално речено, овај процес се зове модулација фазног шума. Пошто је проширење изазвано модулацијом двоструко бочно, ширина спектра фазног шума је двоструко већа од ширине линије једнофреквентног ласера ​​који се мери. Да би се израчунала ширина проширеног спектра на спектру, потребна је интеграција, па се ово време назива интеграцијским временом.

Кроз горенаведено објашњење, можемо разумети да мора постојати однос између „времена интеграције“ и измерене ширине линије једнофреквентног ласера ​​са влакнима. Што је „време интеграције“ краће, то је мањи утицај фазног шума изазваног клоном и ужа је ширина мерне линије једнофреквентног ласера ​​са влакнима.

Да бисмо то разумели из другог угла, шта описује ширина линије? су фреквенцијски шум и фазни шум једнофреквентног ласера. Сами ови шумови увек постоје и што се дуже акумулирају, бука постаје очигледнија. Стога, што дуже траје „тест посматрања“ фреквенцијског шума и фазног шума ласера ​​са једнофреквентним влакнима, то ће бити већа измерена ширина линије. Наравно, време које се овде помиње је заправо веома кратко, као што су наносекунде, микросекунде, милисекунде или до другог нивоа. Ово је здрав разум у тестирању и мерењу насумичне буке.

Што је ужа ширина спектралне линије ласера ​​са једнофреквентним влакнима, то ће бити чистији и лепши спектар у временском домену, са изузетно високим коефицијентом потискивања бочних модова (СМСР), и обрнуто. Савладавање ове тачке може одредити перформансе једнофреквентних ласера ​​када услови за тестирање ширине линије нису доступни. Наравно, због техничких принципа и ограничења резолуције спектрометра (ОСА), спектар једнофреквентних ласера ​​са влакнима не може квантитативно или тачно да одражава његове перформансе. Процена фазног и фреквентног шума је прилично груба и понекад доводи до погрешних резултата.

Стварна ширина линије једнофреквентних полупроводничких ласера ​​је генерално већа од ширине једнофреквентних ласера ​​са влакнима. Иако су неки произвођачи веома лепо представили индикаторе ширине линије једнофреквентних полупроводничких ласера, стварни тестови показују да је гранична ширина линије једнофреквентних полупроводничких ласера ​​већа од оне код једнофреквентних полупроводничких ласера. Ласер са фреквенцијским влакнима мора бити широк, а индикатори његовог фреквентног шума и фазног шума такође морају бити лоши, што је одређено структуром и дужином једнофреквентне ласерске резонантне шупљине. Наравно, једнофреквентна полупроводничка технологија наставља да потискује фазни шум и сужава ширину линије једнофреквентних полупроводничких ласера ​​тако што значајно повећава дужину спољашње шупљине, продужава животни век фотона, контролише фазу и подиже праг за формирање услова стојећег таласа у резонатору.