Características de ancho de línea de los láseres de fibra de frecuencia única

Los láseres de fibra de frecuencia única tienen un ancho de línea límite muy estrecho y la forma de su línea espectral es del tipo Lorentz, que es significativamente diferente de los semiconductores de frecuencia única. La razón es que los láseres de fibra de frecuencia única tienen cavidades resonantes de láser más largas y una vida útil de los fotones más larga en la cavidad. Esto significa que los láseres de fibra de una sola frecuencia tienen un ruido de fase y un ruido de frecuencia más bajos que los láseres semiconductores de una sola frecuencia.

Los resultados de las pruebas de ancho de línea de láseres de fibra de frecuencia única están relacionados con el tiempo de integración. Este tiempo de integración suele ser difícil de entender. De hecho, puede entenderse simplemente como el momento de "observar y probar" un láser de fibra de frecuencia única. Durante este tiempo, medimos el ruido de fase del espectro superando la frecuencia para calcular el ancho de línea. Tomando como ejemplo el interferómetro M-Z heterodino en desequilibrio, la longitud de la fibra de retardo es de 50 km, se supone que el índice de refracción del núcleo de la fibra monomodo es 1,5 y la velocidad de la luz en el vacío es 3x108 metros/segundo. luego la luz en la fibra monomodo Se genera un retraso de aproximadamente 4,8 ns por cada 1 metro de transmisión, lo que equivale a un retraso de 240 us después de 50 km de fibra óptica.

Imaginemos que el láser monofrecuencia a probar se convierte en dos clones con exactamente las mismas características después de pasar por un divisor óptico 1:1. Uno de los clones corre 240us más que el otro. Cuando los dos clones pasan por el segundo 1:1. Cuando se combina el acoplador óptico, un clon que funciona 240us más lleva ruido de fase. Debido a la influencia del ruido de fase, el láser de frecuencia única después de la recombinación tiene un cierto ancho en el espectro en comparación con el estado antes del inicio. Para decirlo de manera más profesional, este proceso se llama modulación de ruido de fase. Debido a que el ensanchamiento causado por la modulación es de doble banda lateral, el ancho del espectro del ruido de fase es el doble del ancho de línea del láser de frecuencia única que se va a medir. Para calcular el ancho del espectro ampliado en el espectro, se requiere integración, por lo que este tiempo se denomina tiempo de integración.

A través de la explicación anterior, podemos entender que debe existir una relación entre el "tiempo de integración" y el ancho de línea medido de un láser de fibra de frecuencia única. Cuanto más corto sea el "tiempo de integración", menor será el impacto del ruido de fase causado por el clon y más estrecho será el ancho de línea de medición del láser de fibra de frecuencia única.

Para entenderlo desde otro ángulo, ¿qué describe el ancho de línea? son el ruido de frecuencia y el ruido de fase de un láser de frecuencia única. Estos ruidos siempre existen y cuanto más se acumulan, más evidente se vuelve. Por lo tanto, cuanto más dure la "prueba de observación" del ruido de frecuencia y el ruido de fase de un láser de fibra de frecuencia única, mayor será el ancho de línea medido. Por supuesto, el tiempo mencionado aquí es en realidad muy corto, como nanosegundos, microsegundos, milisegundos o hasta el segundo nivel. Esto es de sentido común al probar y medir ruido aleatorio.

Cuanto más estrecho sea el ancho de línea del espectro de un láser de fibra de frecuencia única, más limpio y hermoso será el espectro en el dominio del tiempo, con una relación de supresión de modo lateral (SMSR) extremadamente alta, y viceversa. Dominar este punto puede determinar el rendimiento de una sola frecuencia de los láseres de una sola frecuencia cuando las condiciones de prueba de ancho de línea no están disponibles. Por supuesto, debido a los principios técnicos y las limitaciones de resolución del espectrómetro (OSA), el espectro de los láseres de fibra de frecuencia única no puede reflejar cuantitativa o exactamente su rendimiento. La valoración del ruido de fase y del ruido de frecuencia es bastante aproximada y, en ocasiones, conduce a resultados erróneos.

El ancho de línea real de los láseres semiconductores de una sola frecuencia es generalmente mayor que el de los láseres de fibra de una sola frecuencia. Aunque algunos fabricantes presentan muy bien los indicadores de ancho de línea de los láseres semiconductores de una sola frecuencia, las pruebas reales muestran que el ancho de línea límite de los láseres semiconductores de una sola frecuencia es mayor que el de los láseres semiconductores de una sola frecuencia. La frecuencia del láser de fibra debe ser amplia y sus indicadores de ruido de frecuencia y ruido de fase también deben ser deficientes, lo que está determinado por la estructura y la longitud de la cavidad resonante del láser de frecuencia única. Por supuesto, la tecnología de semiconductores de frecuencia única en continuo desarrollo continúa suprimiendo el ruido de fase y reduciendo el ancho de línea de los láseres semiconductores de frecuencia única al aumentar considerablemente la longitud de la cavidad externa, extender la vida útil de los fotones, controlar la fase y elevar el umbral de la formación de condiciones de onda estacionaria en el resonador.