Lijnbreedtekarakteristieken van vezellasers met één frequentie

Vezellasers met één frequentie hebben een zeer smalle limietlijnbreedte en hun spectrale lijnvorm is van het Lorentz-type, wat aanzienlijk verschilt van halfgeleiders met één frequentie. De reden is dat fiberlasers met één frequentie langere laserresonantieholtes en een langere levensduur van fotonen in de holte hebben. Dit betekent dat vezellasers met één frequentie minder faseruis en frequentieruis hebben dan halfgeleiderlasers met één frequentie.

De lijnbreedtetestresultaten van fiberlasers met één frequentie zijn gerelateerd aan de integratietijd. Deze integratietijd is vaak moeilijk te begrijpen. In feite kan het eenvoudigweg worden opgevat als de tijd om een ​​fiberlaser met één frequentie te "observeren en testen". Gedurende deze tijd meten we de spectrumfaseruis door de frequentie te kloppen om de lijnbreedte te berekenen. Als we de heterodyne niet-evenwichts-M-Z-interferometer als voorbeeld nemen, is de lengte van de vertragingsvezel 50 km, wordt aangenomen dat de brekingsindex van de single-mode vezelkern 1,5 is, en is de lichtsnelheid in vacuüm 3x108 meter/seconde. dan het licht in de single-mode glasvezel. Voor elke meter transmissie wordt een vertraging van ongeveer 4,8 ns gegenereerd, wat overeenkomt met een vertraging van 240 us na 50 km glasvezel.

Laten we ons voorstellen dat de te testen laser met enkele frequentie twee klonen wordt met exact dezelfde kenmerken nadat hij door een 1:1 optische splitter is gegaan. Eén van de klonen draait 240us langer dan de andere. Wanneer de twee klonen de tweede 1:1 passeren. Wanneer de optische koppelaar wordt gecombineerd, draagt ​​een kloon die 240us langer draait faseruis over. Vanwege de invloed van faseruis heeft de laser met één frequentie na recombinatie een bepaalde breedte in het spectrum vergeleken met de toestand vóór aanvang. Om het professioneler te zeggen: dit proces wordt faseruismodulatie genoemd. Omdat de door modulatie veroorzaakte verbreding een dubbele zijband is, is de faseruisspectrumbreedte tweemaal de lijnbreedte van de te meten laser met enkele frequentie. Om de verbrede spectrumbreedte op het spectrum te berekenen, is integratie vereist, daarom wordt deze tijd de integratietijd genoemd.

Door de bovenstaande uitleg kunnen we begrijpen dat er een relatie moet zijn tussen de "integratietijd" en de gemeten lijnbreedte van een fiberlaser met één frequentie. Hoe korter de "integratietijd" is, hoe kleiner de impact van faseruis veroorzaakt door de kloon is, en hoe smaller de meetlijnbreedte van de vezellaser met enkele frequentie is.

Om het vanuit een andere hoek te begrijpen: wat beschrijft de lijnbreedte? zijn de frequentieruis en faseruis van een laser met één frequentie. Deze geluiden zelf bestaan ​​altijd, en hoe langer ze zich ophopen, hoe duidelijker het geluid wordt. Hoe langer de "observatietest" van de frequentieruis en faseruis van een fiberlaser met enkele frequentie duurt, hoe groter de gemeten lijnbreedte zal zijn. Natuurlijk is de hier genoemde tijd eigenlijk heel kort, zoals nanoseconden, microseconden, milliseconden of tot op het tweede niveau. Dit is gezond verstand bij het testen en meten van willekeurige ruis.

Hoe smaller de spectrumlijnbreedte van een fiberlaser met één frequentie, hoe schoner en mooier het spectrum in het tijdsdomein zal zijn, met een extreem hoge side mode suppression ratio (SMSR), en vice versa. Door dit punt onder de knie te krijgen, kunnen de prestaties op één frequentie van lasers met één frequentie worden bepaald wanneer er geen testomstandigheden voor lijnbreedte beschikbaar zijn. Vanwege de technische principes en resolutiebeperkingen van de spectrometer (OSA) kan het spectrum van vezellasers met één frequentie uiteraard de prestaties ervan niet kwantitatief of nauwkeurig weergeven. De beoordeling van faseruis en frequentieruis is vrij grof en leidt soms tot verkeerde resultaten.

De werkelijke lijnbreedte van halfgeleiderlasers met één frequentie is over het algemeen hoger dan die van vezellasers met één frequentie. Hoewel sommige fabrikanten de lijnbreedte-indicatoren van halfgeleiderlasers met één frequentie heel mooi naar voren brengen, tonen feitelijke tests aan dat de grenslijnbreedte van halfgeleiderlasers met één frequentie hoger is dan die van halfgeleiderlasers met één frequentie. De frequentievezellaser moet breed zijn en de indicatoren voor frequentieruis en faseruis moeten ook slecht zijn, wat wordt bepaald door de structuur en lengte van de resonantieholte van de laser met enkele frequentie. Natuurlijk blijft de zich voortdurend ontwikkelende halfgeleidertechnologie met één frequentie faseruis onderdrukken en de lijnbreedte van halfgeleiderlasers met één frequentie verkleinen door de lengte van de externe holte aanzienlijk te vergroten, de levensduur van de fotonen te verlengen, de fase te regelen en de drempel voor de vorming van staande golfomstandigheden in de resonator.