Características de largura de linha de lasers de fibra de frequência única

Os lasers de fibra de frequência única têm uma largura de linha limite muito estreita e o formato da linha espectral é do tipo Lorentz, que é significativamente diferente dos semicondutores de frequência única. A razão é que os lasers de fibra de frequência única têm cavidades ressonantes de laser mais longas e tempos de vida mais longos dos fótons na cavidade. Isso significa que os lasers de fibra de frequência única têm menor ruído de fase e ruído de frequência do que os lasers semicondutores de frequência única.

Os resultados do teste de largura de linha dos lasers de fibra de frequência única estão relacionados ao tempo de integração. Este tempo de integração é muitas vezes difícil de entender. Na verdade, pode ser entendido simplesmente como o tempo para “observar e testar” um laser de fibra de frequência única. Durante esse tempo, medimos o ruído da fase do espectro batendo a frequência para calcular a largura de linha. Tomando o interferômetro MZ de desequilíbrio heteródino como exemplo, o comprimento da fibra de atraso é de 50 km, o índice de refração do núcleo da fibra monomodo é assumido como 1,5 e a velocidade da luz no vácuo é de 3x108 metros/segundo, então a luz na fibra monomodo Um atraso de aproximadamente 4,8ns é gerado para cada 1 metro de transmissão, o que equivale a um atraso de 240us após 50km de fibra óptica.

Imaginemos que o laser de frequência única a ser testado se torne dois clones com exatamente as mesmas características após passar por um divisor óptico 1:1. Um dos clones funciona 240us mais que o outro. Quando os dois clones passam pelo segundo 1:1. Quando o acoplador óptico é combinado, um clone que funciona 240us a mais carrega ruído de fase. Devido à influência do ruído de fase, o laser de frequência única após a recombinação tem uma certa largura no espectro em comparação com o estado antes do início. Para ser mais profissional, esse processo é chamado de modulação de ruído de fase. Como o alargamento causado pela modulação é de banda lateral dupla, a largura do espectro do ruído de fase é duas vezes a largura da linha do laser de frequência única a ser medida. Para calcular a largura do espectro ampliado no espectro, é necessária integração, por isso este tempo é chamado de tempo de integração.

Através da explicação acima, podemos entender que deve haver uma relação entre o “tempo de integração” e a largura de linha medida de um laser de fibra de frequência única. Quanto menor for o "tempo de integração", menor será o impacto do ruído de fase causado pelo clone e mais estreita será a largura de linha de medição do laser de fibra de frequência única.

Para entender de outro ângulo, o que a largura da linha descreve? são o ruído de frequência e o ruído de fase de um laser de frequência única. Esses ruídos sempre existem e, quanto mais tempo se acumulam, mais óbvio se torna o ruído. Portanto, quanto mais tempo demorar o "teste de observação" do ruído de frequência e do ruído de fase de um laser de fibra de frequência única, maior será a largura de linha medida. Claro, o tempo mencionado aqui é na verdade muito curto, como nanossegundos, microssegundos, milissegundos ou até o segundo nível. Isso é bom senso ao testar e medir ruído aleatório.

Quanto mais estreita for a largura de linha do espectro de um laser de fibra de frequência única, mais limpo e bonito será o espectro no domínio do tempo, com taxa de supressão de modo lateral (SMSR) extremamente alta e vice-versa. Dominar este ponto pode determinar o desempenho de frequência única de lasers de frequência única quando as condições de teste de largura de linha não estão disponíveis. É claro que, devido aos princípios técnicos e às limitações de resolução do espectrômetro (OSA), o espectro dos lasers de fibra de frequência única não pode refletir quantitativamente ou com precisão seu desempenho. O julgamento do ruído de fase e do ruído de frequência é bastante grosseiro e às vezes leva a resultados errados.

A largura de linha real dos lasers semicondutores de frequência única é geralmente maior do que a dos lasers de fibra de frequência única. Embora alguns fabricantes apresentem os indicadores de largura de linha dos lasers semicondutores de frequência única de maneira muito bonita, testes reais mostram que a largura de linha limite dos lasers semicondutores de frequência única é maior do que a dos lasers semicondutores de frequência única. O laser de fibra de frequência deve ser amplo e seus indicadores de ruído de frequência e ruído de fase também devem ser ruins, o que é determinado pela estrutura e comprimento da cavidade ressonante do laser de frequência única. É claro que o desenvolvimento contínuo da tecnologia de semicondutores de frequência única continua a suprimir o ruído de fase e a estreitar a largura de linha dos lasers semicondutores de frequência única, aumentando significativamente o comprimento da cavidade externa, estendendo a vida útil do fóton, controlando a fase e aumentando o limite para a formação de condições de onda estacionária no ressonador.