Caracteristicile lățimii de linie ale laserelor cu fibre cu o singură frecvență

Laserele cu fibră cu o singură frecvență au o lățime de linie limită foarte îngustă, iar forma lor spectrală este de tip Lorentz, care este semnificativ diferită de semiconductori cu o singură frecvență. Motivul este că laserele cu fibre cu o singură frecvență au cavități rezonante laser mai lungi și durate de viață mai lungi a fotonilor în cavitate. Aceasta înseamnă că laserele cu fibră cu o singură frecvență au un zgomot de fază și un zgomot de frecvență mai scăzut decât laserele cu semiconductori cu o singură frecvență.

Rezultatele testului de lățime de linie ale laserelor cu fibră cu o singură frecvență sunt legate de timpul de integrare. Acest timp de integrare este adesea greu de înțeles. De fapt, poate fi pur și simplu înțeles ca momentul „observării și testării” unui laser cu fibră cu o singură frecvență. În acest timp, măsurăm zgomotul de fază a spectrului de frecvență pentru a calcula lățimea liniei. Luând ca exemplu interferometrul heterodin neechilibrat M-Z, lungimea fibrei de întârziere este de 50 km, indicele de refracție al miezului de fibre monomod se presupune a fi 1,5, iar viteza luminii în vid este de 3x108 metri/secundă, apoi lumina din fibra monomodală Se generează o întârziere de aproximativ 4,8 ns pentru fiecare 1 metru de transmisie, ceea ce este echivalent cu o întârziere de 240 us după 50 km de fibră optică.

Să ne imaginăm că laserul cu o singură frecvență de testat devine două clone cu exact aceleași caracteristici după ce trece printr-un splitter optic 1:1. Una dintre clone rulează cu 240us mai mult decât cealaltă. Când cele două clone trec prin al doilea 1:1 Când cuplajul optic este combinat, o clonă care rulează 240us mai mult poartă zgomot de fază. Datorită influenței zgomotului de fază, laserul cu o singură frecvență după recombinare are o anumită lățime în spectru în comparație cu starea înainte de pornire. Pentru a spune mai profesional, acest proces se numește modulare a zgomotului de fază. Deoarece lărgirea cauzată de modulare este în bandă laterală dublă, lățimea spectrului de zgomot de fază este de două ori lățimea liniei laserului cu o singură frecvență care trebuie măsurat. Pentru a calcula lățimea spectrului lărgit pe spectru, este necesară integrarea, deci acest timp se numește timp de integrare.

Prin explicația de mai sus, putem înțelege că trebuie să existe o relație între „timpul de integrare” și lățimea de linie măsurată a unui laser cu fibră cu o singură frecvență. Cu cât „timpul de integrare” este mai scurt, cu atât impactul zgomotului de fază cauzat de clonă este mai mic și cu atât lățimea liniei de măsurare a laserului cu fibră cu o singură frecvență este mai îngustă.

Pentru a înțelege din alt unghi, ce descrie lățimea liniei? sunt zgomotul de frecvență și zgomotul de fază al unui laser cu o singură frecvență. Aceste zgomote în sine există întotdeauna și, cu cât se acumulează mai mult, cu atât zgomotul devine mai evident. Prin urmare, cu cât durează „testul de observare” a zgomotului de frecvență și a zgomotului de fază al unui laser cu fibră cu o singură frecvență, cu atât lățimea liniei măsurată va fi mai mare. Desigur, timpul menționat aici este de fapt foarte scurt, cum ar fi nanosecunde, microsecunde, milisecunde sau până la al doilea nivel. Acesta este bunul simț în testarea și măsurarea zgomotului aleatoriu.

Cu cât este mai îngustă lățimea de linie a spectrului unui laser cu fibră cu o singură frecvență, cu atât mai curat și mai frumos va fi spectrul în domeniul timpului, cu un raport de suprimare a modului lateral (SMSR) extrem de ridicat și invers. Stăpânirea acestui punct poate determina performanța cu o singură frecvență a laserelor cu o singură frecvență atunci când condițiile de testare a lățimii de linie nu sunt disponibile. Desigur, din cauza principiilor tehnice și a limitărilor de rezoluție ale spectrometrului (OSA), spectrul laserelor cu fibră cu o singură frecvență nu poate reflecta cantitativ sau precis performanța acestuia. Judecarea zgomotului de fază și a zgomotului de frecvență este destul de dur și uneori duce la rezultate greșite.

Lățimea reală de linie a laserelor cu semiconductor cu o singură frecvență este în general mai mare decât cea a laserelor cu fibră cu o singură frecvență. Deși unii producători au prezentat foarte frumos indicatorii de lățime de linie ai laserelor cu semiconductor cu o singură frecvență, testele reale arată că lățimea de linie limită a laserelor cu semiconductor cu o singură frecvență este mai mare decât cea a laserelor cu semiconductor cu o singură frecvență. Laserul cu fibre de frecvență trebuie să fie larg, iar indicatorii săi de zgomot de frecvență și zgomot de fază trebuie să fie, de asemenea, slabi, ceea ce este determinat de structura și lungimea cavității rezonante laser cu o singură frecvență. Desigur, tehnologia semiconductoare cu o singură frecvență în continuă dezvoltare continuă să suprime zgomotul de fază și să restrângă lățimea de linie a laserelor cu semiconductor cu o singură frecvență prin creșterea semnificativă a lungimii cavității externe, extinderea duratei de viață a fotonului, controlul fazei și ridicarea pragului pentru formarea condiţiilor de unde staţionare în rezonator.