Linewidth na Mga Katangian ng Single-Frequency Fiber Laser

Ang single-frequency fiber lasers ay may napakakitid na limitasyon sa linewidth, at ang kanilang parang multo na hugis ng linya ay Lorentz type, na makabuluhang naiiba sa single-frequency semiconductors. Ang dahilan ay ang single-frequency fiber lasers ay may mas mahabang laser resonant cavity at mas mahabang photon lifetimes sa cavity. Nangangahulugan ito na ang single-frequency fiber lasers ay may mas mababang phase noise at frequency noise kaysa single-frequency semiconductor lasers.

Ang mga resulta ng pagsubok ng linewidth ng single-frequency fiber laser ay nauugnay sa oras ng pagsasama. Ang oras ng pagsasama na ito ay kadalasang mahirap maunawaan. Sa katunayan, maaari itong maunawaan bilang ang oras upang "obserbahan at subukan" ang isang solong-dalas na fiber laser. Sa panahong ito, sinusukat namin ang spectrum phase noise sa pamamagitan ng beating frequency para kalkulahin ang linewidth. Ang pagkuha ng heterodyne non-equilibrium M-Z interferometer bilang isang halimbawa, ang haba ng delay fiber ay 50km, ang refractive index ng single-mode fiber core ay ipinapalagay na 1.5, at ang bilis ng liwanag sa vacuum ay 3x108 metro/segundo, pagkatapos ay ang ilaw sa single-mode fiber Ang isang pagkaantala ng humigit-kumulang 4.8ns ay nabuo para sa bawat 1 metro ng transmission, na katumbas ng isang pagkaantala ng 240us pagkatapos ng 50km ng optical fiber.

Isipin natin na ang single-frequency laser na susuriin ay nagiging dalawang clone na may eksaktong parehong mga katangian pagkatapos dumaan sa isang 1:1 optical splitter. Ang isa sa mga clone ay tumatakbo nang 240us na mas mahaba kaysa sa isa. Kapag ang dalawang clone ay dumaan sa pangalawang 1:1 Kapag pinagsama ang optical coupler, ang isang clone na nagpapatakbo ng 240us na mas mahaba ay nagdadala ng phase noise. Dahil sa impluwensya ng ingay ng phase, ang single-frequency laser pagkatapos ng recombination ay may isang tiyak na lapad sa spectrum kumpara sa estado bago magsimula. Upang ilagay ito nang mas propesyonal, ang prosesong ito ay tinatawag na phase noise modulation. Dahil ang pagpapalawak na dulot ng modulasyon ay double sideband, ang lapad ng spectrum ng phase ng ingay ay dalawang beses sa lapad ng linya ng single-frequency laser na susukatin. Upang makalkula ang pinalawak na lapad ng spectrum sa spectrum, kinakailangan ang pagsasama, kaya ang oras na ito ay tinatawag na oras ng pagsasama.

Sa pamamagitan ng paliwanag sa itaas, mauunawaan natin na dapat mayroong kaugnayan sa pagitan ng "oras ng pagsasama" at ang sinusukat na linewidth ng isang single-frequency fiber laser. Kung mas maikli ang "oras ng pagsasama", mas maliit ang epekto ng ingay ng phase na dulot ng clone, at mas makitid ang linewidth ng pagsukat ng single-frequency fiber laser.

Upang maunawaan ito mula sa ibang anggulo, ano ang inilalarawan ng lapad ng linya? ay ang frequency ingay at phase noise ng isang single-frequency laser. Ang mga ingay na ito ay palaging umiiral, at habang tumatagal ang mga ito, mas nagiging halata ang ingay. Samakatuwid, habang tumatagal ang "pagsusuri sa pagmamasid" ng frequency ingay at phase ingay ng isang single-frequency fiber laser, mas magiging mas malaki ang sinusukat na linewidth. Siyempre, ang oras na binanggit dito ay talagang napakaikli, tulad ng mga nanosecond, microsecond, millisecond, o hanggang sa pangalawang antas. Ito ay karaniwang kahulugan sa pagsubok at pagsukat ng random na ingay.

Kung mas makitid ang spectrum linewidth ng isang single-frequency fiber laser, magiging mas malinis at mas maganda ang spectrum sa time domain, na may napakataas na side mode suppression ratio (SMSR), at vice versa. Maaaring matukoy ng mastering ang puntong ito ang single-frequency performance ng single-frequency lasers kapag hindi available ang mga kundisyon ng pagsubok sa linewidth. Siyempre, dahil sa mga teknikal na prinsipyo at mga limitasyon sa paglutas ng spectrometer (OSA), ang spectrum ng single-frequency fiber lasers ay hindi maaaring quantitative o tumpak na sumasalamin sa pagganap nito. Ang paghuhusga ng ingay sa yugto at dalas ng ingay ay medyo magaspang at kung minsan ay humahantong sa mga maling resulta.

Ang aktwal na linewidth ng single-frequency semiconductor lasers ay karaniwang mas mataas kaysa sa single-frequency fiber lasers. Bagama't napakaganda ng ilang mga tagagawa ang mga tagapagpahiwatig ng linewidth ng mga single-frequency na semiconductor laser, ang mga aktwal na pagsusuri ay nagpapakita na ang limitasyon ng linewidth ng mga single-frequency na semiconductor laser ay mas mataas kaysa sa mga single-frequency na semiconductor laser. Ang frequency fiber laser ay dapat na malawak, at ang frequency noise at phase noise indicator nito ay dapat ding mahina, na tinutukoy ng istraktura at haba ng single-frequency laser resonant cavity. Siyempre, ang patuloy na pagbuo ng teknolohiyang single-frequency semiconductor ay patuloy na pinipigilan ang phase noise at paliitin ang linewidth ng single-frequency semiconductor lasers sa pamamagitan ng lubos na pagtaas ng haba ng external cavity, pagpapahaba ng photon lifetime, pagkontrol sa phase, at pagtaas ng threshold para sa ang pagbuo ng mga kondisyon ng standing wave sa resonator.