Az egyfrekvenciás szálas lézerek vonalszélességi jellemzői

Az egyfrekvenciás szálas lézerek nagyon szűk határvonalszélességgel rendelkeznek, spektrális vonalalakjuk Lorentz típusú, ami jelentősen eltér az egyfrekvenciás félvezetőkétől. Ennek az az oka, hogy az egyfrekvenciás szálas lézerek hosszabb lézerrezonáns üregekkel és hosszabb fotonélettartammal rendelkeznek az üregben. Ez azt jelenti, hogy az egyfrekvenciás szálas lézerek alacsonyabb fáziszajjal és frekvenciazajjal rendelkeznek, mint az egyfrekvenciás félvezető lézerek.

Az egyfrekvenciás szálas lézerek vonalszélesség-vizsgálati eredményei az integrációs időhöz kapcsolódnak. Ezt az integrációs időt gyakran nehéz megérteni. Valójában egyszerűen felfogható az egyfrekvenciás szálas lézer "megfigyelésének és tesztelésének" ideje. Ezalatt a spektrum fáziszajt verőfrekvenciával mérjük a vonalszélesség kiszámításához. Példaként a heterodin nem egyensúlyi M-Z interferométert vesszük, a késleltető szál hossza 50 km, az egymódusú szálmag törésmutatója 1,5, a fény sebessége vákuumban 3x108 méter/s, akkor a fény az egymódusú szálban Minden 1 méteres átvitelhez körülbelül 4,8 ns késleltetés keletkezik, ami 50 km optikai szál után 240 us késleltetésnek felel meg.

Képzeljük el, hogy a vizsgálandó egyfrekvenciás lézerből egy 1:1 arányú optikai elosztón való áthaladás után két pontosan azonos jellemzőkkel rendelkező klón lesz. Az egyik klón 240 fokkal tovább fut, mint a másik. Amikor a két klón áthalad a másodikon 1:1 Ha az optikai csatolót egyesítjük, egy 240 us-ral tovább futó klón fáziszajt hordoz. A fáziszaj hatása miatt az egyfrekvenciás lézer a rekombináció után bizonyos szélességgel rendelkezik a spektrumban az indítás előtti állapothoz képest. Szakszerűbben fogalmazva ezt a folyamatot fáziszaj modulációnak nevezik. Mivel a moduláció okozta kiszélesedés kettős oldalsávú, a fáziszaj spektrum szélessége kétszerese a mérendő egyfrekvenciás lézer vonalszélességének. A kiszélesített spektrum szélességének kiszámításához a spektrumon integrálásra van szükség, ezért ezt az időt integrációs időnek nevezzük.

A fenti magyarázat révén megérthetjük, hogy kapcsolatnak kell lennie az "integrációs idő" és az egyfrekvenciás szálas lézer mért vonalszélessége között. Minél rövidebb az "integrációs idő", annál kisebb a klón által okozott fáziszaj hatása, és annál szűkebb az egyfrekvenciás szálas lézer mérési vonalszélessége.

Hogy más szemszögből is megértsük, mit ír le a vonalszélesség? az egyfrekvenciás lézer frekvenciazaja és fáziszaja. Ezek a zajok maguk mindig léteznek, és minél tovább halmozódnak, annál nyilvánvalóbbá válik a zaj. Ezért minél hosszabb ideig tart az egyfrekvenciás szálas lézer frekvenciazajjának és fáziszajának "megfigyelési tesztje", annál nagyobb lesz a mért vonalszélesség. Természetesen az itt említett idő valójában nagyon rövid, például nanoszekundum, mikroszekundum, ezredmásodperc vagy egészen a második szintig. Ez a józan ész a véletlenszerű zaj tesztelésében és mérésében.

Minél keskenyebb egy egyfrekvenciás szálas lézer spektrumvonala, annál tisztább és szebb lesz a spektrum az időtartományban, rendkívül magas oldalmódusú elnyomási aránnyal (SMSR), és fordítva. E pont elsajátítása meghatározhatja az egyfrekvenciás lézerek egyfrekvenciás teljesítményét, ha a vonalszélesség-tesztelési feltételek nem állnak rendelkezésre. Természetesen a spektrométer (OSA) műszaki alapelvei és felbontási korlátai miatt az egyfrekvenciás szálas lézerek spektruma sem mennyiségileg, sem pontosan nem tükrözheti a teljesítményét. A fáziszaj és a frekvenciazaj megítélése meglehetősen durva, és néha rossz eredményekhez vezet.

Az egyfrekvenciás félvezető lézerek tényleges vonalszélessége általában nagyobb, mint az egyfrekvenciás szálas lézereké. Bár egyes gyártók nagyon szépen terjesztik elő az egyfrekvenciás félvezető lézerek vonalszélesség-mutatóit, a tényleges tesztek azt mutatják, hogy az egyfrekvenciás félvezetőlézerek határvonalszélessége nagyobb, mint az egyfrekvenciás félvezetőlézereké. A frekvenciaszálas lézernek szélesnek kell lennie, valamint a frekvenciazaj- és fáziszajjelzőinek is gyengenek kell lenniük, amit az egyfrekvenciás lézerrezonáns üreg szerkezete és hossza határoz meg. Természetesen a folyamatosan fejlődő egyfrekvenciás félvezető technológia továbbra is elnyomja a fáziszajt és szűkíti az egyfrekvenciás félvezető lézerek vonalszélességét azáltal, hogy nagymértékben megnöveli a külső üreg hosszát, meghosszabbítja a foton élettartamát, szabályozza a fázist és emeli a küszöböt. állóhullám-viszonyok kialakulása a rezonátorban.