خصائص عرض الخط لليزر الألياف أحادي التردد

تتميز ليزرات الألياف أحادية التردد بعرض خط ضيق للغاية، وشكل خطها الطيفي هو نوع لورنتز، والذي يختلف بشكل كبير عن أشباه الموصلات أحادية التردد. والسبب هو أن ليزر الألياف أحادي التردد يحتوي على تجاويف رنين ليزر أطول وعمر فوتون أطول في التجويف. وهذا يعني أن ليزر الألياف أحادي التردد يحتوي على ضوضاء طور وضوضاء تردد أقل من ليزر أشباه الموصلات أحادي التردد.

ترتبط نتائج اختبار عرض الخط لليزر الليفي أحادي التردد بزمن التكامل. غالبًا ما يكون من الصعب فهم وقت التكامل هذا. في الواقع، يمكن فهمه ببساطة على أنه الوقت المناسب "لمراقبة واختبار" ليزر الألياف أحادي التردد. خلال هذا الوقت، نقيس ضوضاء طور الطيف عن طريق ضرب التردد لحساب عرض الخط. بأخذ مقياس التداخل M-Z غير المتوازن كمثال، يبلغ طول ألياف التأخير 50 ​​كم، ويفترض أن معامل الانكسار لنواة الألياف أحادية الوضع هو 1.5، وسرعة الضوء في الفراغ هي 3x108 متر / ثانية، ثم يتم إنشاء الضوء في الألياف أحادية الوضع تأخير يبلغ حوالي 4.8 نانو ثانية لكل متر واحد من الإرسال، وهو ما يعادل تأخير قدره 240 وحدة بعد 50 كم من الألياف الضوئية.

دعونا نتخيل أن الليزر أحادي التردد المطلوب اختباره يصبح نسختين لهما نفس الخصائص تمامًا بعد المرور عبر مقسم بصري 1:1. تعمل إحدى النسختين لفترة أطول بمقدار 240 مرة من الأخرى. عندما يمر المستنسخان خلال الثانية 1:1 عندما يتم دمج قارنة التوصيل الضوئية، فإن النسخة المستنسخة التي تعمل لفترة أطول بمقدار 240us تحمل ضوضاء الطور. نظرًا لتأثير ضوضاء الطور، فإن الليزر أحادي التردد بعد إعادة التركيب له عرض معين في الطيف مقارنة بالحالة قبل البدء. وبعبارة أكثر احترافية، تسمى هذه العملية تعديل ضوضاء الطور. نظرًا لأن التوسيع الناتج عن التعديل هو نطاق جانبي مزدوج، فإن عرض طيف ضوضاء الطور يكون ضعف عرض خط الليزر أحادي التردد المراد قياسه. من أجل حساب عرض الطيف الموسع على الطيف، يلزم التكامل، لذلك تسمى هذه المرة بوقت التكامل.

من خلال الشرح أعلاه، يمكننا أن نفهم أنه يجب أن تكون هناك علاقة بين "زمن التكامل" وعرض الخط المقاس لليزر الليفي أحادي التردد. كلما كان "وقت التكامل" أقصر، كلما كان تأثير ضوضاء الطور الناتج عن الاستنساخ أصغر، وكان عرض خط القياس لليزر الليفي أحادي التردد أضيق.

لفهم الأمر من زاوية أخرى، ماذا يصف عرض الخط؟ هي ضوضاء التردد وضجيج الطور لليزر أحادي التردد. هذه الضوضاء نفسها موجودة دائمًا، وكلما تراكمت لفترة أطول، أصبحت الضوضاء أكثر وضوحًا. لذلك، كلما استغرق "اختبار المراقبة" لضوضاء التردد وضجيج الطور الخاص بليزر الألياف أحادي التردد وقتًا أطول، زاد عرض الخط المقاس. وبطبيعة الحال، فإن الوقت المذكور هنا هو في الواقع قصير جدًا، مثل النانو ثانية أو الميكروثانية أو المللي ثانية أو حتى المستوى الثاني. وهذا أمر منطقي في اختبار وقياس الضوضاء العشوائية.

كلما كان عرض خط الطيف لليزر الليفي أحادي التردد أضيق، أصبح الطيف أنظف وأكثر جمالا في المجال الزمني، مع نسبة عالية للغاية لقمع الوضع الجانبي (SMSR)، والعكس صحيح. يمكن أن يؤدي إتقان هذه النقطة إلى تحديد أداء التردد الفردي لليزر أحادي التردد عندما لا تتوفر ظروف اختبار عرض الخط. بالطبع، نظرًا للمبادئ التقنية وقيود الدقة الخاصة بمقياس الطيف (OSA)، لا يمكن أن يعكس طيف ليزر الألياف أحادي التردد أداءه كميًا أو بدقة. إن الحكم على ضوضاء الطور وضوضاء التردد أمر تقريبي للغاية ويؤدي في بعض الأحيان إلى نتائج خاطئة.

يكون عرض الخط الفعلي لأشعة ليزر أشباه الموصلات أحادية التردد أعلى عمومًا من عرض ليزر الألياف أحادي التردد. على الرغم من أن بعض الشركات المصنعة طرحت مؤشرات عرض خط ليزر أشباه الموصلات أحادية التردد بشكل جميل للغاية، إلا أن الاختبارات الفعلية تظهر أن الحد الأقصى لعرض خط ليزر أشباه الموصلات أحادي التردد أعلى من ليزر أشباه الموصلات أحادي التردد. يجب أن يكون ليزر الألياف الترددي واسعًا، كما يجب أن تكون مؤشرات ضوضاء التردد وضوضاء الطور ضعيفة أيضًا، وهو ما يتم تحديده من خلال هيكل وطول تجويف الرنين الليزري أحادي التردد. وبطبيعة الحال، تستمر تكنولوجيا أشباه الموصلات أحادية التردد التي تتطور باستمرار في قمع ضوضاء الطور وتضييق عرض خط ليزر أشباه الموصلات أحادية التردد عن طريق زيادة طول التجويف الخارجي بشكل كبير، وإطالة عمر الفوتون، والتحكم في الطور، ورفع عتبة النفاذية. تشكيل ظروف الموجة الدائمة في الرنان.