Charakteristika šířky čáry jednofrekvenčních vláknových laserů

Jednofrekvenční vláknové lasery mají velmi úzkou mezní šířku čáry a jejich tvar spektrální čáry je Lorentzova typu, který se výrazně liší od jednofrekvenčních polovodičů. Důvodem je, že jednofrekvenční vláknové lasery mají delší laserové rezonanční dutiny a delší životnost fotonů v dutině. To znamená, že jednofrekvenční vláknové lasery mají nižší fázový a frekvenční šum než jednofrekvenční polovodičové lasery.

Výsledky testu šířky čáry jednofrekvenčních vláknových laserů se vztahují k integračnímu času. Tato doba integrace je často těžko pochopitelná. Ve skutečnosti to lze zjednodušeně chápat jako čas na „pozorování a testování“ jednofrekvenčního vláknového laseru. Během této doby měříme fázový šum spektra tepovou frekvencí, abychom vypočítali šířku čáry. Vezmeme-li příklad heterodynního nerovnovážného interferometru M-Z, délka zpožďovacího vlákna je 50 km, index lomu jádra jednovidového vlákna se předpokládá 1,5 a rychlost světla ve vakuu je 3x108 metrů/s, pak světlo v jednovidovém vláknu Na každý 1 metr přenosu je generováno zpoždění přibližně 4,8 ns, což odpovídá zpoždění 240 us po 50 km optického vlákna.

Představme si, že testovaný jednofrekvenční laser se po průchodu optickým splitterem 1:1 stanou dvěma klony s naprosto stejnými vlastnostmi. Jeden z klonů běží o 240 us déle než druhý. Když dva klony projdou druhým 1:1 Když je optický vazební člen zkombinován, klon, který běží o 240 us déle, přenáší fázový šum. Vlivem fázového šumu má jednofrekvenční laser po rekombinaci určitou šířku ve spektru oproti stavu před spuštěním. Odborněji řečeno se tento proces nazývá modulace fázového šumu. Protože rozšíření způsobené modulací je dvojité postranní pásmo, je šířka spektra fázového šumu dvojnásobkem šířky čáry měřeného jednofrekvenčního laseru. Aby bylo možné vypočítat šířku rozšířeného spektra na spektru, je nutná integrace, proto se tento čas nazývá integrační čas.

Prostřednictvím výše uvedeného vysvětlení můžeme pochopit, že musí existovat vztah mezi „dobou integrace“ a naměřenou šířkou čáry jednofrekvenčního vláknového laseru. Čím kratší je „doba integrace“, tím menší je dopad fázového šumu způsobeného klonem a tím užší je šířka měřicí čáry jednofrekvenčního vláknového laseru.

Abychom to pochopili z jiného úhlu, co popisuje šířka čáry? jsou frekvenční šum a fázový šum jednofrekvenčního laseru. Tyto zvuky samy o sobě vždy existují a čím déle se hromadí, tím je hluk zjevnější. Čím déle tedy „observační test“ frekvenčního šumu a fázového šumu jednofrekvenčního vláknového laseru trvá, tím větší bude naměřená šířka čáry. Samozřejmě, že zde zmíněný čas je ve skutečnosti velmi krátký, například nanosekundy, mikrosekundy, milisekundy nebo až do druhé úrovně. To je zdravý rozum při testování a měření náhodného šumu.

Čím užší je šířka čáry spektra jednofrekvenčního vláknového laseru, tím čistší a krásnější bude spektrum v časové oblasti s extrémně vysokým poměrem potlačení bočního režimu (SMSR) a naopak. Zvládnutí tohoto bodu může určit jednofrekvenční výkon jednofrekvenčních laserů, když nejsou k dispozici podmínky testování šířky čáry. Samozřejmě, vzhledem k technickým principům a omezením rozlišení spektrometru (OSA), spektrum jednofrekvenčních vláknových laserů nemůže kvantitativně nebo přesně odrážet jeho výkon. Posouzení fázového a frekvenčního šumu je poměrně hrubé a někdy vede k nesprávným výsledkům.

Skutečná šířka čáry jednofrekvenčních polovodičových laserů je obecně vyšší než u jednofrekvenčních vláknových laserů. Ačkoli někteří výrobci předkládají indikátory šířky čáry jednofrekvenčních polovodičových laserů velmi krásně, skutečné testy ukazují, že mezní šířka čáry jednofrekvenčních polovodičových laserů je vyšší než u jednofrekvenčních polovodičových laserů. Frekvenční vláknový laser musí být široký a jeho indikátory frekvenčního šumu a fázového šumu musí být také špatné, což je určeno strukturou a délkou rezonanční dutiny jednofrekvenčního laseru. Neustále se vyvíjející jednofrekvenční polovodičová technologie samozřejmě nadále potlačuje fázový šum a zužuje šířku čáry jednofrekvenčních polovodičových laserů tím, že výrazně zvyšuje délku vnější dutiny, prodlužuje životnost fotonů, řídí fázi a zvyšuje práh pro vznik podmínek stojatého vlnění v rezonátoru.