Značilnosti širine črte enofrekvenčnih vlaknenih laserjev

Enofrekvenčni vlakneni laserji imajo zelo ozko mejno širino črte, njihova spektralna oblika pa je Lorentzova, kar se bistveno razlikuje od enofrekvenčnih polprevodnikov. Razlog je v tem, da imajo enofrekvenčni laserji z vlakni daljše laserske resonančne votline in daljšo življenjsko dobo fotonov v votlini. To pomeni, da imajo enofrekvenčni laserji z vlakni nižji fazni in frekvenčni šum kot enofrekvenčni polprevodniški laserji.

Rezultati preskusa širine črte enofrekvenčnih laserjev z vlakni so povezani s časom integracije. Ta čas integracije je pogosto težko razumeti. Pravzaprav ga lahko preprosto razumemo kot čas za "opazovanje in testiranje" enofrekvenčnega laserja z vlakni. V tem času merimo fazni šum spektra z utripno frekvenco, da izračunamo širino črte. Če za primer vzamemo heterodinski neravnovesni interferometer M-Z, je dolžina vlakna z zakasnitvijo 50 km, lomni količnik jedra enomodnega vlakna naj bi bil 1,5, hitrost svetlobe v vakuumu pa je 3x108 metrov/sekundo, potem svetloba v enomodnem vlaknu Za vsak 1 meter prenosa se ustvari zakasnitev približno 4,8 ns, kar je enako zakasnitvi 240 us po 50 km optičnega vlakna.

Predstavljajmo si, da enofrekvenčni laser, ki ga testiramo, po prehodu skozi optični razdelilnik 1:1 postane dva klona s popolnoma enakimi lastnostmi. Eden od klonov teče 240us dlje od drugega. Ko oba klona preideta skozi drugega 1 : 1 Ko je optični spojnik združen, klon, ki teče 240 us dlje, prenaša fazni šum. Zaradi vpliva faznega šuma ima enofrekvenčni laser po rekombinaciji določeno širino v spektru v primerjavi s stanjem pred zagonom. Če se izrazimo bolj strokovno, se temu procesu reče modulacija faznega šuma. Ker je razširitev, ki jo povzroči modulacija, dvopasovna, je širina spektra faznega šuma dvakrat večja od širine linije enofrekvenčnega laserja, ki ga je treba izmeriti. Za izračun širine razširjenega spektra na spektru je potrebna integracija, zato se ta čas imenuje integracijski čas.

Z zgornjo razlago lahko razumemo, da mora obstajati razmerje med "integracijskim časom" in izmerjeno širino črte enofrekvenčnega laserja z vlakni. Krajši kot je "integracijski čas", manjši je vpliv faznega šuma, ki ga povzroči klon, in ožja je merilna širina črte enofrekvenčnega optičnega laserja.

Da bi razumeli z drugega zornega kota, kaj opisuje širina črte? sta frekvenčni šum in fazni šum enofrekvenčnega laserja. Ti zvoki sami vedno obstajajo in dlje kot se kopičijo, bolj očiten postane hrup. Zato dlje kot traja "preizkus opazovanja" frekvenčnega šuma in faznega šuma enofrekvenčnega laserja z vlakni, večja bo izmerjena širina črte. Seveda je tukaj omenjeni čas dejansko zelo kratek, na primer nanosekunde, mikrosekunde, milisekunde ali do druge stopnje. To je zdrava pamet pri testiranju in merjenju naključnega šuma.

Čim ožja je širina črte spektra enofrekvenčnega laserja z vlakni, tem čistejši in lepši bo spekter v časovni domeni z izjemno visokim razmerjem zatiranja stranskega načina (SMSR) in obratno. Obvladovanje te točke lahko določi enofrekvenčno zmogljivost enofrekvenčnih laserjev, kadar pogoji za testiranje širine črte niso na voljo. Seveda zaradi tehničnih principov in omejitev ločljivosti spektrometra (OSA) spekter enofrekvenčnih laserjev z vlakni ne more kvantitativno ali natančno odražati njegove učinkovitosti. Presoja faznega in frekvenčnega šuma je precej groba in včasih vodi do napačnih rezultatov.

Dejanska širina črte enofrekvenčnih polprevodniških laserjev je na splošno višja kot pri enofrekvenčnih optičnih laserjih. Čeprav nekateri proizvajalci zelo lepo predstavljajo indikatorje širine črte enofrekvenčnih polprevodniških laserjev, dejanski testi kažejo, da je mejna širina črte enofrekvenčnih polprevodniških laserjev višja kot pri enofrekvenčnih polprevodniških laserjih. Frekvenčni vlakneni laser mora biti širok, njegovi indikatorji frekvenčnega in faznega šuma pa morajo biti slabi, kar določata struktura in dolžina resonančne votline enofrekvenčnega laserja. Seveda nenehno razvijajoča se enofrekvenčna polprevodniška tehnologija še naprej duši fazni šum in oži širino črte enofrekvenčnih polprevodniških laserjev z velikim povečanjem dolžine zunanje votline, podaljšanjem življenjske dobe fotona, nadzorom faze in zvišanjem praga za nastanek pogojev stoječega vala v resonatorju.