単一周波数ファイバーレーザーの線幅特性

単一周波数ファイバーレーザーは、ローレンツスペクトル線形状を持つ非常に狭い限界線幅を持ち、これは単一周波数半導体とはさらに大きく異なります。 その理由は、単一周波数ファイバーレーザーはレーザー共振空洞が長く、空洞内の光子の寿命が長いためです。 これは、単一周波数ファイバー レーザーの位相ノイズと周波数ノイズが単一周波数半導体レーザーよりも低いことを意味します。
単一周波数ファイバーレーザーの線幅テストの結果は、積分時間に関係します。 この積分時間は理解するのが難しい場合が多いですが、実際には単純に「観察テスト」の単一周波数ファイバー レーザー時間として理解できます。この時間中に周波数平均値を測定してスペクトル位相ノイズを測定し、線幅を計算します。 自己吸収非平衡 MZ 干渉計を例にとると、遅延ファイバーの長さは 50km、シングルモードファイバーのコアの屈折率は 1.5、真空中の光の速度は 3x108 m/s と仮定されます。約 1 メートルのシングルモード ファイバー伝送内の光は約 4.8 ナノ秒の遅延を生じます。ファイバーが 50 km 走行した後は、240 マイクロ秒の遅延が生じることに相当します。
1:1 光スプリッタの後でテストする単一周波数レーザーを同じ特性を持つ 2 つのビレットに想像してみましょう。2 つのビレットがもう 1 つよりも 240 μs 長く動作し、その後 2 番目の 1:1 光スプリッタが通過したとします。カプラーマージ、位相ノイズのあるビレットよりも240us、位相ノイズの影響により、単一周波数レーザーが再マージされ、レーザーの状態に比べて発火しませんでした。スペクトルに一定の幅があります。もう少し専門的に説明すると、このプロセスは位相雑音変調と呼ばれます。変調は両側帯域の広がりによって引き起こされるため、位相雑音スペクトル幅は単一周波数レーザーの線幅の 2 倍で測定されます。 スペクトルでは、この広がりのスペクトル幅を計算するために積分手段を使用する必要があるため、この時間を積分時間と呼びます。
上記の説明により、「積分時間」と単一周波数ファイバーレーザーの測定線幅には関係があることが理解できるでしょう。 「積分時間」が短いほど、分割によってもたらされる位相ノイズの影響が小さくなり、単一周波数ファイバーレーザーの測定線幅が狭くなります。
別の言い方をすると、線幅は何を表しているのでしょうか? 単一周波数レーザーの周波数ノイズと位相ノイズです。 これらのノイズは常に存在しており、累積時間が長くなるほどノイズはより顕著になるため、単一周波数ファイバーレーザーの周波数ノイズと位相ノイズの「観察テスト」が長くなるほど、測定される線幅は大きくなります。 もちろん、ここで言う時間は実際には非常に短く、ナノ秒、マイクロ秒、ミリ秒から、ランダム ノイズの常識的なテスト測定である第 2 レベルまでです。
単一周波数ファイバーレーザーのスペクトル線幅が狭いほど、時間領域でのスペクトルはよりクリーンで美しくなり、サイドモード抑制比 (SMSR) が非常に高くなります。逆も同様です。 この点を習得するには、分光計 (OSA) 独自の技術原理と解像度の制限により、単一周波数レーザーの単一周波数性能を決定するための線幅テスト条件が存在しない場合があります。周波数ファイバーレーザーのスペクトルは、その位相ノイズと周波数ノイズを定量的または正確に反映することができず、この判断は非常に大雑把であり、場合によっては誤った結果をもたらす可能性があります。
単一周波数半導体レーザーは一般に単一周波数ファイバーレーザーの実際の線幅よりも大きいですが、単一周波数半導体レーザーの一部のメーカーは非常に美しいインジケーターの線幅について言及していますが、実際のテストでは単一周波数半導体レーザーが単一周波数ファイバーレーザーよりも、単一周波数ファイバーレーザーの線幅の限界まで広くする必要があり、周波数ノイズと位相ノイズインジケーターも劣ります。これは、単一周波数レーザー共振空洞の構造と長さの決定です。 。 もちろん、外部共振器の長さを大幅に延長し、光子の寿命を延ばし、しきい値によって形成される共振空洞の定在波状態を改善するための位相の制御や、位相を継続的に抑制するその他の方法による単一周波数半導体技術の継続的な開発は必要です。ノイズが発生し、単一周波数半導体レーザーの線幅が狭くなります。 単一周波数半導体レーザー技術については、今後の製品技術セミナーで紹介していきます。