단일 주파수 파이버 레이저의 선폭 특성

단일 주파수 광섬유 레이저는 한계 선폭이 매우 좁고 스펙트럼 선 모양이 로렌츠 유형으로 단일 주파수 반도체와 크게 다릅니다. 그 이유는 단일 주파수 광섬유 레이저가 레이저 공진 공동이 더 길고 공동 내 광자 수명이 더 길기 때문입니다. 이는 단일 주파수 광섬유 레이저가 단일 주파수 반도체 레이저보다 위상 잡음과 주파수 잡음이 낮다는 것을 의미합니다.

단일 주파수 광섬유 레이저의 선폭 테스트 결과는 통합 시간과 관련이 있습니다. 이 통합 시간은 종종 이해하기 어렵습니다. 실제로 단일 주파수 광섬유 레이저를 "관찰하고 테스트"하는 시간으로 간단히 이해될 수 있습니다. 이 시간 동안 우리는 선폭을 계산하기 위해 주파수를 두드려 스펙트럼 위상 잡음을 측정합니다. 헤테로다인 비평형 M-Z 간섭계를 예로 들면, 지연 광섬유의 길이는 50km, 단일 모드 광섬유 코어의 굴절률은 1.5, 진공 중 빛의 속도는 3x108m/초로 가정됩니다. 그런 다음 단일 모드 광섬유의 빛은 1미터의 전송마다 약 4.8ns의 지연이 생성됩니다. 이는 광섬유 50km 후 240us의 지연과 같습니다.

테스트할 단일 주파수 레이저가 1:1 광 분배기를 통과한 후 정확히 동일한 특성을 갖는 두 개의 클론이 된다고 상상해 보십시오. 클론 중 하나는 다른 클론보다 240us 더 오래 실행됩니다. 두 클론이 두 번째 1:1을 통과할 때 광 커플러가 결합되면 240us 더 길게 실행되는 클론은 위상 노이즈를 전달합니다. 위상 잡음의 영향으로 인해 재결합 후 단일 주파수 레이저는 시작 전 상태와 비교하여 스펙트럼에서 특정 폭을 갖습니다. 좀 더 전문적으로 말하면 이 과정을 위상 잡음 변조라고 합니다. 변조로 인한 확장은 양면파대이므로 위상 잡음 스펙트럼 폭은 측정할 단일 주파수 레이저 선폭의 두 배입니다. 스펙트럼에서 넓어진 스펙트럼 폭을 계산하려면 적분이 필요하므로 이 시간을 적분 시간이라고 합니다.

위의 설명을 통해 단일 주파수 광섬유 레이저의 "통합 시간"과 측정된 선폭 사이에 관계가 있음을 이해할 수 있습니다. "통합 시간"이 짧을수록 클론으로 인한 위상 노이즈의 영향이 작아지고 단일 주파수 광섬유 레이저의 측정 선폭이 좁아집니다.

다른 각도에서 이해하기 위해 선 너비는 무엇을 나타냅니까? 단일 주파수 레이저의 주파수 잡음과 위상 잡음입니다. 이러한 소음 자체는 항상 존재하며, 오래 축적될수록 소음이 더욱 뚜렷해집니다. 따라서 단일 주파수 광섬유 레이저의 주파수 잡음 및 위상 잡음에 대한 "관찰 테스트"가 길어질수록 측정되는 선폭은 커집니다. 물론 여기서 언급하는 시간은 실제로는 나노초, 마이크로초, 밀리초 또는 2단계까지 매우 짧은 시간이다. 이는 랜덤 노이즈를 테스트하고 측정하는 데 있어 상식입니다.

단일 주파수 광섬유 레이저의 스펙트럼 선폭이 좁을수록 시간 영역의 스펙트럼은 더 깨끗하고 아름답습니다. SMSR(측면 모드 억제 비율)은 매우 높으며 그 반대도 마찬가지입니다. 이 점을 마스터하면 선폭 테스트 조건을 사용할 수 없을 때 단일 주파수 레이저의 단일 주파수 성능을 결정할 수 있습니다. 물론 분광계(OSA)의 기술적 원리와 분해능 제한으로 인해 단일 주파수 광섬유 레이저의 스펙트럼은 그 성능을 정량적으로나 정확하게 반영할 수 없습니다. 위상 잡음과 주파수 잡음에 대한 판단은 상당히 거칠고 때로는 잘못된 결과를 가져오기도 합니다.

단일 주파수 반도체 레이저의 실제 선폭은 일반적으로 단일 주파수 광섬유 레이저의 선폭보다 높습니다. 일부 제조업체에서는 단일 주파수 반도체 레이저의 선폭 표시를 매우 아름답게 제시하지만 실제 테스트에서는 단일 주파수 반도체 레이저의 한계 선폭이 단일 주파수 반도체 레이저의 선폭보다 더 높은 것으로 나타났습니다. 주파수 광섬유 레이저는 넓어야 하며 주파수 잡음 및 위상 잡음 표시기도 좋지 않아야 하며 이는 단일 주파수 레이저 공진 공동의 구조와 길이에 따라 결정됩니다. 물론, 지속적으로 발전하는 단일 주파수 반도체 기술은 외부 공동의 길이를 크게 늘리고 광자 수명을 연장하며 위상을 제어하고 문턱값을 높여 위상 잡음을 억제하고 단일 주파수 반도체 레이저의 선폭을 좁히는 일을 계속하고 있습니다. 공진기에서 정재파 조건의 형성.