Tek Frekanslı Fiber Lazerlerin Çizgi Genişliği Özellikleri

Tek frekanslı fiber lazerler çok dar bir sınır çizgi genişliğine sahiptir ve spektral çizgi şekilleri, tek frekanslı yarı iletkenlerden önemli ölçüde farklı olan Lorentz tipidir. Bunun nedeni, tek frekanslı fiber lazerlerin daha uzun lazer rezonans boşluklarına ve boşluktaki foton ömürlerinin daha uzun olmasıdır. Bu, tek frekanslı fiber lazerlerin, tek frekanslı yarı iletken lazerlere göre daha düşük faz gürültüsüne ve frekans gürültüsüne sahip olduğu anlamına gelir.

Tek frekanslı fiber lazerlerin çizgi genişliği test sonuçları entegrasyon süresiyle ilgilidir. Bu entegrasyon süresini anlamak genellikle zordur. Aslında bu, tek frekanslı bir fiber lazeri "gözlemleme ve test etme" zamanı olarak basitçe anlaşılabilir. Bu süre zarfında hat genişliğini hesaplamak için frekansa göre spektrum faz gürültüsünü ölçüyoruz. Heterodin dengesiz M-Z interferometreyi örnek alırsak, gecikme fiberinin uzunluğu 50 km, tek modlu fiber çekirdeğinin kırılma indisinin 1,5 olduğu ve ışığın boşluktaki hızının 3x108 metre/saniye olduğu varsayılır, daha sonra tek modlu fiberde ışık, her 1 metre iletim için yaklaşık 4,8 ns'lik bir gecikme üretilir; bu, optik fiberin 50 km'sinden sonra 240us'luk bir gecikmeye eşdeğerdir.

Test edilecek tek frekanslı lazerin 1:1 optik ayırıcıdan geçtikten sonra tamamen aynı özelliklere sahip iki klon haline geldiğini hayal edelim. Klonlardan biri diğerinden 240us daha uzun süre çalışıyor. İki klon ikinci 1:1'den geçtiğinde Optik kuplör birleştirildiğinde 240us daha uzun çalışan bir klon faz gürültüsü taşır. Faz gürültüsünün etkisi nedeniyle, rekombinasyondan sonraki tek frekanslı lazer, başlamadan önceki durumla karşılaştırıldığında spektrumda belirli bir genişliğe sahiptir. Daha profesyonel bir ifadeyle bu işleme faz gürültü modülasyonu denir. Modülasyonun neden olduğu genişleme çift yan bant olduğundan, faz gürültü spektrumu genişliği ölçülecek tek frekanslı lazerin çizgi genişliğinin iki katıdır. Spektrumdaki genişletilmiş spektrum genişliğini hesaplamak için entegrasyona ihtiyaç vardır, dolayısıyla bu süreye entegrasyon süresi denir.

Yukarıdaki açıklama sayesinde, "entegrasyon süresi" ile tek frekanslı fiber lazerin ölçülen çizgi genişliği arasında bir ilişki olması gerektiğini anlayabiliriz. "Entegrasyon süresi" ne kadar kısa olursa, klonun neden olduğu faz gürültüsünün etkisi o kadar küçük olur ve tek frekanslı fiber lazerin ölçüm hattı genişliği o kadar dar olur.

Başka bir açıdan anlamak gerekirse çizgi genişliği neyi anlatır? tek frekanslı bir lazerin frekans gürültüsü ve faz gürültüsüdür. Bu seslerin kendileri her zaman mevcuttur ve ne kadar uzun süre birikirlerse gürültü o kadar belirgin hale gelir. Bu nedenle, tek frekanslı fiber lazerin frekans gürültüsünün ve faz gürültüsünün "gözlem testi" ne kadar uzun sürerse, ölçülen çizgi genişliği de o kadar büyük olacaktır. Elbette burada bahsedilen süre aslında nanosaniye, mikrosaniye, milisaniye veya ikinci seviyeye kadar çok kısadır. Rastgele gürültünün test edilmesi ve ölçülmesinde bu sağduyulu bir yaklaşımdır.

Tek frekanslı bir fiber lazerin spektrum çizgi genişliği ne kadar dar olursa, son derece yüksek yan mod bastırma oranı (SMSR) ile zaman alanındaki spektrum o kadar temiz ve güzel olur ve bunun tersi de geçerlidir. Bu noktaya hakim olmak, çizgi genişliği test koşulları mevcut olmadığında tek frekanslı lazerlerin tek frekans performansını belirleyebilir. Elbette, spektrometrenin (OSA) teknik prensipleri ve çözünürlük sınırlamaları nedeniyle, tek frekanslı fiber lazerlerin spektrumu, performansını niceliksel veya doğru bir şekilde yansıtamaz. Faz gürültüsü ve frekans gürültüsünün değerlendirilmesi oldukça kabadır ve bazen yanlış sonuçlara yol açar.

Tek frekanslı yarı iletken lazerlerin gerçek hat genişliği genellikle tek frekanslı fiber lazerlerinkinden daha yüksektir. Her ne kadar bazı üreticiler tek frekanslı yarı iletken lazerlerin hat genişliği göstergelerini çok güzel bir şekilde ortaya koysa da, gerçek testler tek frekanslı yarı iletken lazerlerin sınır hat genişliğinin tek frekanslı yarı iletken lazerlere göre daha yüksek olduğunu göstermektedir. Frekans fiber lazeri geniş olmalı ve tek frekanslı lazer rezonans boşluğunun yapısı ve uzunluğu tarafından belirlenen frekans gürültüsü ve faz gürültüsü göstergeleri de zayıf olmalıdır. Elbette, sürekli gelişen tek frekanslı yarı iletken teknolojisi, dış boşluğun uzunluğunu büyük ölçüde artırarak, foton ömrünü uzatarak, fazı kontrol ederek ve foton için eşiği yükselterek faz gürültüsünü bastırmaya ve tek frekanslı yarı iletken lazerlerin hat genişliğini daraltmaya devam ediyor. rezonatörde duran dalga koşullarının oluşumu.