Характеристики ширины линии одночастотных волоконных лазеров

Одночастотные волоконные лазеры имеют очень узкую предельную ширину линии, а форма их спектральной линии лоренцева, что существенно отличается от одночастотных полупроводников. Причина в том, что одночастотные волоконные лазеры имеют более длинные лазерные резонансные резонаторы и большее время жизни фотонов в резонаторе. Это означает, что одночастотные волоконные лазеры имеют меньший фазовый и частотный шум, чем одночастотные полупроводниковые лазеры.

Результаты испытаний ширины линии одночастотных волоконных лазеров связаны со временем интегрирования. Это время интеграции часто трудно понять. На самом деле это можно понимать просто как время «наблюдать и тестировать» одночастотный волоконный лазер. В течение этого времени мы измеряем спектр фазового шума по частоте биений для расчета ширины линии. На примере гетеродинного неравновесного интерферометра M-Z длина волокна задержки составляет 50 км, показатель преломления сердцевины одномодового волокна принимается равным 1,5, а скорость света в вакууме составляет 3x108 метров в секунду. затем свет в одномодовом волокне. Задержка примерно 4,8 нс генерируется на каждый 1 метр передачи, что эквивалентно задержке 240 мкс после 50 км оптического волокна.

Представим себе, что тестируемый одночастотный лазер после прохождения через оптический делитель 1:1 превращается в два клона с совершенно одинаковыми характеристиками. Один из клонов работает на 240 мкс дольше другого. Когда два клона проходят через второй 1:1. При объединении оптического соединителя клон, работающий на 240 мкс дольше, несет фазовый шум. Из-за влияния фазового шума одночастотный лазер после рекомбинации имеет определенную ширину спектра по сравнению с состоянием до запуска. Говоря более профессионально, этот процесс называется модуляцией фазового шума. Поскольку расширение, вызванное модуляцией, имеет двойную боковую полосу, ширина спектра фазового шума в два раза превышает ширину линии измеряемого одночастотного лазера. Чтобы вычислить ширину расширенного спектра на спектре, требуется интегрирование, поэтому это время называется временем интегрирования.

Благодаря приведенному выше объяснению мы можем понять, что должна существовать связь между «временем интегрирования» и измеренной шириной линии одночастотного волоконного лазера. Чем короче «время интегрирования», тем меньше влияние фазового шума, вызванного клоном, и тем уже ширина линии измерения одночастотного волоконного лазера.

Чтобы понять это с другой стороны, что описывает ширина линии? – частотный шум и фазовый шум одночастотного лазера. Сами эти шумы всегда существуют, и чем дольше они накапливаются, тем заметнее становится шум. Поэтому, чем дольше длится «наблюдение» частотного и фазового шума одночастотного волоконного лазера, тем больше будет измеренная ширина линии. Конечно, упомянутое здесь время на самом деле очень короткое, например, наносекунды, микросекунды, миллисекунды или вплоть до второго уровня. Это здравый смысл при тестировании и измерении случайного шума.

Чем уже ширина линии спектра одночастотного волоконного лазера, тем чище и красивее будет спектр во временной области с чрезвычайно высоким коэффициентом подавления боковых мод (SMSR), и наоборот. Овладение этим моментом может определить одночастотные характеристики одночастотных лазеров, когда условия тестирования ширины линии недоступны. Конечно, из-за технических принципов и ограничений разрешающей способности спектрометра (OSA) спектр одночастотных волоконных лазеров не может количественно или точно отражать его характеристики. Оценка фазового и частотного шума довольно груба и иногда приводит к неправильным результатам.

Фактическая ширина линии одночастотных полупроводниковых лазеров обычно выше, чем у одночастотных волоконных лазеров. Хотя некоторые производители очень красиво выставляют показатели ширины линии одночастотных полупроводниковых лазеров, реальные испытания показывают, что предельная ширина линии одночастотных полупроводниковых лазеров выше, чем у одночастотных полупроводниковых лазеров. Частота волоконного лазера должна быть широкой, а его показатели частотного и фазового шума также должны быть плохими, что определяется структурой и длиной резонансного резонатора одночастотного лазера. Конечно, постоянно развивающаяся одночастотная полупроводниковая технология продолжает подавлять фазовый шум и сужать ширину линии одночастотных полупроводниковых лазеров за счет значительного увеличения длины внешнего резонатора, увеличения времени жизни фотонов, управления фазой и повышения порога формирование условий стоячей волны в резонаторе.