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技术文章

窄线宽激光器在设计时需要考虑以下因素

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  窄线宽激光器是一种用于物理学领域的激光器,它为M0PA结构光纤放大器、相干通讯、光纤传感系统系统开发的连续出光(CW)、高输出光功率(10mW)、窄线宽(典型值5KHz)外腔式(ECL)式半导体激光器。内置光纤光栅(FBG)滤波器,使得输出光具有稳定的输出波长,极窄的光谱线宽以及优异的边模抑制比(SMSR≥30 dB)。
 

 

  窄线宽激光器的应用:
  1、一个很重要的应用是在传感领域,例如压力或者温度光纤传感器,各种干涉仪传感,利用不同的吸收LIDAR来探测追踪气体,采用多普勒LIDAR测量风速。有些光纤传感器需要激光器线宽为几kHz,而在LIDAT测量中,100kHz线宽就足够了。
  2、光学频率测量需要光源线宽非常窄,需要采用稳定技术来实现。
  3、光纤通信系统则对线宽的要求相对宽松,主要用于发射器或者用于探测或者测量。
 
  窄线宽激光器的主要影响因素:
  为了实现激光器具有很窄的辐射带宽(线宽),在激光器设计时需要考虑以下因素:
  首先,需要实现单频工作。这很容易通过采用小增益带宽的增益介质和短的激光器谐振腔(得到大的自由光谱范围)来实现。目标应该是长时间稳定的单频工作,不存在跳模。
  其次,需要最小化外界噪声的影响。这需要稳定的谐振腔设置(单色),或者特殊保护装置来避免机械振动。电泵浦激光器需要采用低噪声的电流或者电压源,光学泵浦的激光器的泵浦光源则需要具有低的强度噪声。另外,需要避免所有的反馈光波,例如采用法拉第隔离器。理论上外界噪声影响小于内部噪声,例如增益介质中的自发辐射。这在噪声频率高时很容易实现,但是当噪声频率低时则对线宽的影响最重要。
  第三,需要优化激光器设计使激光器噪声最小,尤其是相位噪声。最好采用高的腔内功率和长谐振腔,尽管在这种情况下稳定的单频工作更难实现。
  对系统优化需要了解不同噪声源的重要性,因为根据占据主要地位的噪声源的不同需要采用不同的测量方式。例如,根据Schawlow-Townes方程最小化的线宽没有必要最小化实际的线宽,如果实际线宽是由机械噪声决定的。
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