Single-Frequency Fiber Lasers များ၏ Linewidth လက္ခဏာများ

Single-frequency ဖိုက်ဘာလေဆာများသည် အလွန်ကျဉ်းမြောင်းသော ကန့်သတ်မျဉ်းကြောင်းရှိပြီး ၎င်းတို့၏ ရောင်စဉ်တန်းမျဉ်းပုံစံသည် Lorentz အမျိုးအစားဖြစ်ပြီး၊ ကြိမ်နှုန်းတစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးတာများနှင့် သိသိသာသာကွာခြားသည်။ အကြောင်းရင်းမှာ single-frequency ဖိုက်ဘာလေဆာများသည် လေဆာပဲ့တင်ထပ်သော အပေါက်များ ပိုရှည်ပြီး အပေါက်အတွင်း ဖိုတွန်သက်တမ်း ပိုရှည်သောကြောင့်ဖြစ်သည်။ ဆိုလိုသည်မှာ single-frequency ဖိုက်ဘာလေဆာများသည် single-frequency semiconductor လေဆာများထက် အဆင့်နိမ့်သော ဆူညံမှုနှင့် ကြိမ်နှုန်းဆူညံသံများ ရှိသည်။

ကြိမ်နှုန်းမျှင်ဖိုက်ဘာလေဆာများ၏ လိုင်းဝဒ်စမ်းသပ်မှုရလဒ်များသည် ပေါင်းစပ်ချိန်နှင့် ဆက်စပ်နေသည်။ ဤပေါင်းစပ်မှုအချိန်သည် နားလည်ရခက်တတ်သည်။ တကယ်တော့၊ ကြိမ်နှုန်းတစ်ခုတည်း-ဖိုက်ဘာလေဆာကို "လေ့လာပြီး စမ်းသပ်ရန်" အချိန်အဖြစ် ရိုးရှင်းစွာ နားလည်နိုင်ပါသည်။ ဤကာလအတွင်း၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် linewidth ကိုတွက်ချက်ရန် ကြိမ်နှုန်းကိုရိုက်နှက်ခြင်းဖြင့် spectrum အဆင့်ဆူညံသံကို တိုင်းတာသည်။ ဥပမာအနေဖြင့် heterodyne non-equilibrium M-Z interferometer ကိုယူပြီး၊ နှောင့်နှေးဖိုက်ဘာ၏အရှည်မှာ 50km၊ single-mode fiber core ၏အလင်းယိုင်ညွှန်းကိန်းသည် 1.5 ဟုယူဆရပြီး လေဟာနယ်ရှိအလင်း၏အမြန်နှုန်းမှာ 3x108 မီတာ/စက္ကန့်၊ ထို့နောက် single-mode ဖိုက်ဘာရှိအလင်းအား 4.8ns နှောင့်နှေးမှု 1 မီတာတိုင်းအတွက် နှောင့်နှေးမှုတစ်ခုအား ထုတ်ပေးသည်၊ ၎င်းသည် optical fiber 50km ပြီးနောက် 240us နှောင့်နှေးမှုနှင့်ညီမျှသည်။

စမ်းသပ်မည့် ကြိမ်နှုန်းတစ်ခုတည်းလေဆာသည် 1:1 optical splitter ကိုဖြတ်သန်းပြီးနောက် အတိအကျတူညီသောဝိသေသလက္ခဏာများရှိသည့် clone နှစ်ခုဖြစ်လာကြောင်း စိတ်ကူးကြည့်ကြပါစို့။ Clone တစ်ခုသည် အခြားတစ်ခုထက် 240us ပိုရှည်သည်။ clones နှစ်ခုသည် ဒုတိယ 1 :1 ကိုဖြတ်သွားသောအခါ optical coupler ကိုပေါင်းစပ်သောအခါ၊ 240us ကိုလည်ပတ်သော clone သည် phase noise ကိုပိုရှည်စေသည်။ အဆင့်ဆူညံသံများ၏ လွှမ်းမိုးမှုကြောင့်၊ ပြန်လည်ပေါင်းစပ်ပြီးနောက် ကြိမ်နှုန်းတစ်ခုတည်းလေဆာသည် မစတင်မီ အခြေအနေနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက ရောင်စဉ်အတွင်း အချို့သော width ရှိသည်။ ပိုမိုကျွမ်းကျင်စေရန်အတွက် ဤလုပ်ငန်းစဉ်ကို phase noise modulation ဟုခေါ်သည်။ modulation ကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာသော ကျယ်ပြန့်မှုသည် double sideband ဖြစ်သောကြောင့်၊ phase noise spectrum width သည် single-frequency laser ၏ line width ထက် နှစ်ဆဖြစ်သည်။ spectrum ပေါ်ရှိ ကျယ်ပြန့်သော spectrum width ကို တွက်ချက်ရန်အတွက် integration လိုအပ်သည်၊ ထို့ကြောင့် ဤအချိန်ကို integration time ဟုခေါ်သည်။

အထက်ဖော်ပြပါ ရှင်းလင်းချက်မှတစ်ဆင့်၊ "ပေါင်းစည်းချိန်" နှင့် ကြိမ်နှုန်းဖိုင်ဘာလေဆာတစ်ခု၏ တိုင်းတာသည့်လိုင်းဝဒ်ကြား ဆက်စပ်မှုရှိရမည်ကို ကျွန်ုပ်တို့ နားလည်နိုင်ပါသည်။ "ပေါင်းစည်းမှုအချိန်" တိုတောင်းလေလေ၊ ကလုန်းကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာသော အဆင့်ဆူညံသံ၏ သက်ရောက်မှုသည် သေးငယ်လေဖြစ်ပြီး၊ ကြိမ်နှုန်းတစ်ခုတည်း ဖိုက်ဘာလေဆာ၏ တိုင်းတာမှုမျဉ်းသည် ကျဉ်းလေဖြစ်သည်။

အခြားရှုထောင့်မှ နားလည်ရန် မျဉ်းအကျယ်က အဘယ်အရာကို ဖော်ပြသနည်း။ ကြိမ်နှုန်းတစ်ခုတည်းလေဆာ၏ ကြိမ်နှုန်းနှင့် ဆူညံသံများဖြစ်သည်။ ဒီဆူညံသံတွေဟာ သူတို့ကိုယ်သူတို့ အမြဲရှိနေကြပြီး ပိုကြာလေလေ ဆူညံသံတွေ ပိုသိသာလာလေပါပဲ။ ထို့ကြောင့်၊ ကြိမ်နှုန်းဖိုက်ဘာလေဆာတစ်ခု၏ ကြိမ်နှုန်းဆူညံသံနှင့် အဆင့်ဆူညံသံများ၏ "observation test" သည် ကြာလေလေ၊ တိုင်းတာသည့် linewidth ကြီးလေဖြစ်သည်။ အမှန်တော့၊ ဤနေရာတွင်ဖော်ပြထားသောအချိန်သည် နာနိုစက္ကန့်များ၊ မိုက်ခရိုစက္ကန့်များ၊ မီလီစက္ကန့်များ သို့မဟုတ် ဒုတိယအဆင့်အထိ တိုတောင်းပါသည်။ ဤသည်မှာ စမ်းသပ်ခြင်းနှင့် ကျပန်းဆူညံသံများကို တိုင်းတာခြင်းတွင် သာမန်သဘောဖြစ်သည်။

single-frequency ဖိုက်ဘာလေဆာ၏ spectrum linewidth ကျဉ်းလေလေ၊ time domain ရှိ spectrum သည် ပိုမိုသန့်ရှင်းပြီး လှပလေ၊ အလွန်မြင့်မားသော side mode suppression ratio (SMSR) နှင့် အပြန်အလှန်အားဖြင့် ဖြစ်လိမ့်မည်။ ဤအချက်ကို ကျွမ်းကျင်ပိုင်နိုင်ခြင်းဖြင့် linewidth စမ်းသပ်မှုအခြေအနေများ မရရှိနိုင်သောအခါ single-frequency လေဆာများ၏ single-frequency စွမ်းဆောင်ရည်ကို ဆုံးဖြတ်ပေးနိုင်ပါသည်။ မှန်ပါသည်၊ spectrometer (OSA) ၏ နည်းပညာဆိုင်ရာ စည်းမျဉ်းများနှင့် ပြတ်သားမှု ကန့်သတ်ချက်များကြောင့်၊ single-frequency ဖိုက်ဘာလေဆာများ၏ spectrum သည် ၎င်း၏ စွမ်းဆောင်ရည်ကို အရေအတွက် သို့မဟုတ် တိကျစွာ ထင်ဟပ်နိုင်မည်မဟုတ်ပေ။ အဆင့်ဆူညံသံနှင့် ကြိမ်နှုန်းဆူညံသံများကို အဆုံးအဖြတ်ပေးခြင်းသည် အလွန်ကြမ်းတမ်းပြီး တစ်ခါတစ်ရံတွင် မှားယွင်းသောရလဒ်များကို ဖြစ်ပေါ်စေသည်။

single-frequency semiconductor လေဆာများ၏ အမှန်တကယ် linewidth သည် single-frequency fiber lasers များထက် ယေဘုယျအားဖြင့် မြင့်မားသည်။ အချို့သောထုတ်လုပ်သူများသည် single-frequency semiconductor လေဆာများ၏ linewidth အညွှန်းများကို လွန်စွာလှပစွာတင်ပြထားသော်လည်း လက်တွေ့စမ်းသပ်မှုများတွင် single-frequency semiconductor လေဆာများ၏ ကန့်သတ်လိုင်းအနံသည် single-frequency semiconductor လေဆာများထက်ပိုမိုမြင့်မားကြောင်းပြသပါသည်။ ကြိမ်နှုန်းဖိုက်ဘာလေဆာသည် ကျယ်ရမည်၊ ကြိမ်နှုန်းဆူညံသံနှင့် အဆင့်ဆူညံသံညွှန်ကိန်းများသည်လည်း ညံ့နေရပါမည်။ ၎င်းသည် ကြိမ်နှုန်းတစ်ခုတည်းလေဆာ ပဲ့တင်ထပ်နေသော အပေါက်၏ဖွဲ့စည်းပုံနှင့် အရှည်ကို ဆုံးဖြတ်သည့် ညံ့ဖျင်းရပါမည်။ ဟုတ်ပါတယ်၊ စဉ်ဆက်မပြတ်တိုးတက်နေသော single-frequency semiconductor နည်းပညာသည် အဆင့်ဆူညံသံများကို ဆက်လက်ဖိနှိပ်ကာ ပြင်ပပေါက်ပေါက်၏အလျားကို တိုးမြင့်စေခြင်းဖြင့် ဖိုတွန်၏သက်တမ်းကို တိုးမြှင့်ပေးကာ အဆင့်ကိုထိန်းချုပ်ကာ တံခါးခုံကိုမြှင့်တင်ခြင်းဖြင့် resonator တွင်ရပ်နေသောလှိုင်းအခြေအနေများဖွဲ့စည်းခြင်း။