Đặc điểm băng thông của Laser sợi quang tần số đơn

Laser sợi quang tần số đơn có băng thông giới hạn rất hẹp và hình dạng vạch quang phổ của chúng là loại Lorentz, khác biệt đáng kể so với chất bán dẫn tần số đơn. Lý do là vì laser sợi quang tần số đơn có khoang cộng hưởng laser dài hơn và tuổi thọ photon trong khoang dài hơn. Điều này có nghĩa là laser sợi quang đơn tần có nhiễu pha và nhiễu tần số thấp hơn so với laser bán dẫn tần số đơn.

Kết quả kiểm tra độ rộng đường truyền của laser sợi quang tần số đơn có liên quan đến thời gian tích hợp. Thời gian hội nhập này thường khó hiểu. Trên thực tế, có thể hiểu đơn giản là khoảng thời gian để “quan sát và kiểm tra” một tia laser sợi quang đơn tần. Trong thời gian này, chúng tôi đo nhiễu pha phổ bằng tần số đập để tính băng thông. Lấy giao thoa kế M-Z không cân bằng dị vòng làm ví dụ, chiều dài của sợi trễ là 50km, chiết suất của lõi sợi đơn mode được giả sử là 1,5 và tốc độ ánh sáng trong chân không là 3x108 mét/giây, khi đó, ánh sáng trong sợi quang đơn mode Độ trễ khoảng 4,8ns được tạo ra cho mỗi 1 mét truyền, tương đương với độ trễ 240us sau 50km cáp quang.

Chúng ta hãy tưởng tượng rằng tia laser tần số đơn được thử nghiệm trở thành hai bản sao có đặc điểm giống hệt nhau sau khi đi qua bộ tách quang 1:1. Một trong những bản sao chạy lâu hơn 240us so với bản kia. Khi hai bản sao đi qua 1:1 thứ hai. Khi bộ ghép quang được kết hợp, một bản sao chạy 240us sẽ mang nhiễu pha lâu hơn. Do ảnh hưởng của nhiễu pha, laser đơn tần sau khi tái hợp có độ rộng phổ nhất định so với trạng thái trước khi khởi động. Nói một cách chuyên nghiệp hơn, quá trình này được gọi là điều chế nhiễu pha. Do sự mở rộng do điều chế gây ra là dải biên kép nên độ rộng phổ nhiễu pha gấp đôi độ rộng vạch của laser tần số đơn cần đo. Để tính toán độ rộng phổ mở rộng trên phổ, cần phải tích hợp nên thời gian này được gọi là thời gian tích phân.

Qua phần giải thích trên, chúng ta có thể hiểu rằng phải có mối liên hệ giữa “thời gian tích hợp” và độ rộng đường truyền đo được của laser sợi quang đơn tần. "Thời gian tích hợp" càng ngắn thì tác động của nhiễu pha do bản sao gây ra càng nhỏ và băng thông đo của laser sợi quang tần số đơn càng hẹp.

Để hiểu nó từ một góc độ khác, độ rộng của đường mô tả điều gì? là nhiễu tần số và nhiễu pha của laser đơn tần. Bản thân những tiếng động này luôn tồn tại và càng tích tụ lâu thì tiếng ồn càng lộ rõ. Do đó, thời gian "kiểm tra quan sát" nhiễu tần số và nhiễu pha của laser sợi quang tần số đơn càng kéo dài thì độ rộng đường truyền đo được sẽ càng lớn. Tất nhiên, thời gian được đề cập ở đây thực sự rất ngắn, chẳng hạn như nano giây, micro giây, mili giây hoặc lên đến cấp độ thứ hai. Đây là lẽ thường tình trong việc kiểm tra và đo tiếng ồn ngẫu nhiên.

Băng thông phổ của laser sợi quang tần số càng hẹp thì phổ trong miền thời gian sẽ càng sạch và đẹp hơn, với tỷ lệ triệt tiêu chế độ bên (SMSR) cực cao và ngược lại. Nắm vững điểm này có thể xác định hiệu suất tần số đơn của laser tần số đơn khi không có điều kiện kiểm tra độ rộng đường truyền. Tất nhiên, do các nguyên tắc kỹ thuật và hạn chế về độ phân giải của máy quang phổ (OSA), phổ của laser sợi quang tần số đơn không thể phản ánh định lượng hoặc chính xác hiệu suất của nó. Việc đánh giá nhiễu pha và nhiễu tần số khá thô và đôi khi dẫn đến kết quả sai.

Băng thông thực tế của laser bán dẫn tần số đơn thường cao hơn so với laser sợi quang tần số đơn. Mặc dù một số nhà sản xuất đưa ra các chỉ số băng thông của laser bán dẫn tần số rất đẹp nhưng các thử nghiệm thực tế cho thấy băng thông giới hạn của laser bán dẫn tần số đơn cao hơn so với laser bán dẫn tần số đơn. Laser sợi quang tần số phải rộng, các chỉ số nhiễu tần số và nhiễu pha của nó cũng phải kém, điều này được xác định bởi cấu trúc và chiều dài của khoang cộng hưởng laser tần số đơn. Tất nhiên, công nghệ bán dẫn tần số đơn đang phát triển liên tục tiếp tục triệt tiêu nhiễu pha và thu hẹp độ rộng truyền của laser bán dẫn tần số đơn bằng cách tăng đáng kể chiều dài của khoang bên ngoài, kéo dài tuổi thọ của photon, kiểm soát pha và nâng cao ngưỡng cho sự hình thành các điều kiện sóng dừng trong bộ cộng hưởng.