Caractéristiques de largeur de raie des lasers à fibre monofréquence

Les lasers à fibre monofréquence ont une largeur de raie limite très étroite et leur forme de raie spectrale est de type Lorentz, ce qui est très différent des semi-conducteurs monofréquence. La raison en est que les lasers à fibre monofréquence ont des cavités résonantes laser plus longues et des durées de vie des photons plus longues dans la cavité. Cela signifie que les lasers à fibre monofréquence ont un bruit de phase et un bruit de fréquence inférieurs à ceux des lasers à semi-conducteurs monofréquence.

Les résultats des tests de largeur de raie des lasers à fibre monofréquence sont liés au temps d'intégration. Ce temps d’intégration est souvent difficile à appréhender. En fait, cela peut être simplement compris comme le moment « d’observer et de tester » un laser à fibre monofréquence. Pendant ce temps, nous mesurons le bruit de phase du spectre en battant la fréquence pour calculer la largeur de raie. En prenant comme exemple l'interféromètre M-Z hétérodyne hors équilibre, la longueur de la fibre à retard est de 50 km, l'indice de réfraction du cœur de la fibre monomode est supposé être de 1,5 et la vitesse de la lumière dans le vide est de 3 x 108 mètres/seconde, puis la lumière dans la fibre monomode Un retard d'environ 4,8 ns est généré pour chaque mètre de transmission, ce qui équivaut à un retard de 240 us après 50 km de fibre optique.

Imaginons que le laser monofréquence à tester devienne deux clones ayant exactement les mêmes caractéristiques après passage dans un séparateur optique 1:1. L'un des clones dure 240 us de plus que l'autre. Lorsque les deux clones passent par le deuxième 1 : 1. Lorsque le coupleur optique est combiné, un clone qui fonctionne 240 us de plus transporte un bruit de phase. En raison de l'influence du bruit de phase, le laser monofréquence après recombinaison a une certaine largeur de spectre par rapport à l'état avant démarrage. Pour le dire de manière plus professionnelle, ce processus est appelé modulation du bruit de phase. Étant donné que l'élargissement provoqué par la modulation est une double bande latérale, la largeur du spectre du bruit de phase est deux fois la largeur de la ligne du laser monofréquence à mesurer. Afin de calculer la largeur du spectre élargi sur le spectre, une intégration est nécessaire, c'est pourquoi ce temps est appelé temps d'intégration.

Grâce à l'explication ci-dessus, nous pouvons comprendre qu'il doit y avoir une relation entre le « temps d'intégration » et la largeur de raie mesurée d'un laser à fibre monofréquence. Plus le « temps d'intégration » est court, plus l'impact du bruit de phase provoqué par le clone est faible et plus la largeur de ligne de mesure du laser à fibre monofréquence est étroite.

Pour le comprendre sous un autre angle, que décrit la largeur du trait ? sont le bruit de fréquence et le bruit de phase d'un laser monofréquence. Ces bruits eux-mêmes existent toujours, et plus ils s’accumulent longtemps, plus le bruit devient évident. Par conséquent, plus le « test d'observation » du bruit de fréquence et du bruit de phase d'un laser à fibre monofréquence est long, plus la largeur de raie mesurée sera grande. Bien entendu, le temps mentionné ici est en réalité très court, par exemple en nanosecondes, microsecondes, millisecondes ou jusqu'au deuxième niveau. C'est du bon sens lorsqu'il s'agit de tester et de mesurer le bruit aléatoire.

Plus la largeur de raie spectrale d'un laser à fibre monofréquence est étroite, plus le spectre dans le domaine temporel sera propre et beau, avec un rapport de suppression des modes latéraux (SMSR) extrêmement élevé, et vice versa. La maîtrise de ce point peut déterminer les performances monofréquence des lasers monofréquence lorsque les conditions de test de largeur de raie ne sont pas disponibles. Bien entendu, en raison des principes techniques et des limites de résolution du spectromètre (OSA), le spectre des lasers à fibre monofréquence ne peut pas refléter quantitativement ou précisément ses performances. L’évaluation du bruit de phase et du bruit de fréquence est assez approximative et conduit parfois à des résultats erronés.

La largeur de raie réelle des lasers à semi-conducteurs monofréquence est généralement supérieure à celle des lasers à fibre monofréquence. Bien que certains fabricants présentent très bien les indicateurs de largeur de raie des lasers à semi-conducteurs monofréquence, les tests réels montrent que la largeur de raie limite des lasers à semi-conducteurs monofréquence est supérieure à celle des lasers à semi-conducteurs monofréquence. Le laser à fibre de fréquence doit être large et ses indicateurs de bruit de fréquence et de bruit de phase doivent également être médiocres, ce qui est déterminé par la structure et la longueur de la cavité résonante du laser monofréquence. Bien entendu, la technologie des semi-conducteurs monofréquence, en constante évolution, continue de supprimer le bruit de phase et de réduire la largeur de raie des lasers à semi-conducteurs monofréquence en augmentant considérablement la longueur de la cavité externe, en prolongeant la durée de vie des photons, en contrôlant la phase et en élevant le seuil de détection. la formation de conditions d'ondes stationnaires dans le résonateur.