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      光纖通信技術(shù)

      40G, 100G, 400G及超高速相干傳輸系統

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      激光器窄線(xiàn)寬測量: 延時(shí)自外差法測量線(xiàn)寬

      時(shí)間:2020-01-08   訪(fǎng)問(wèn)量:5403

      線(xiàn)寬通常以光場(chǎng)功率譜的半最大值全寬度(FWHM)來(lái)定義?;诠鈻诺墓庾V分析儀(OSA)不能提供激光線(xiàn)寬測量所需的測量分辨率,因此必須使用其他表征測量方法。

      由光場(chǎng)相位波動(dòng)引起的激光線(xiàn)寬度,波動(dòng)產(chǎn)生于兩個(gè)基本來(lái)源,

      1.改變激光場(chǎng)相位和強度的自發(fā)發(fā)射。

      2.載流子密度波動(dòng)(半導體獨有的)


      延時(shí)自外差法測量線(xiàn)寬原理,入射光干涉儀分為兩個(gè)路徑,一路光通過(guò)延遲線(xiàn)(7公里光纖),一路光經(jīng)過(guò)相位調制器。如果延遲時(shí)間比激光的相干長(cháng)度長(cháng),兩束合束激光發(fā)生干涉, 就好像他們來(lái)自?xún)蓚€(gè)獨立偏移1GHz的激光器。

      延時(shí)自外差法測量線(xiàn)寬


      兩個(gè)光場(chǎng)之間的干涉 

      ν = 194THz(1550nm)

      Φ = 光學(xué)相位(考慮任何相位噪聲)

      兩波之間的干擾會(huì )引起光電二極管可檢測到的強度變化, 因此檢測到功率:

      在光電檢測器中產(chǎn)生的光電流:

      前兩項對應于直接強度檢測,第三項是重要的外差混合項。注意,實(shí)際的光學(xué)頻率消失了,只有差分(fIF)保留了下來(lái)。如果在光電二極管上分別檢測任一場(chǎng),產(chǎn)生的光電流將只跟隨功率變化P(t),所有相位信息將丟失。

      自零差可以在數學(xué)上描述為單延遲自相關(guān)。f0的光譜與它自身的延遲版本自相關(guān),產(chǎn)生一個(gè)以0Hz為中心的時(shí)間波動(dòng)光譜。

      卷積是由時(shí)變本振場(chǎng)與光電探測器信號場(chǎng)相乘得到的。時(shí)域上的乘法等價(jià)于頻域上的卷積。


      洛倫茲線(xiàn)形

      延時(shí)自外差法測量線(xiàn)寬

      對于洛倫茲線(xiàn)形的情況,自相關(guān)函數也是洛倫茲線(xiàn),其線(xiàn)寬恰好是原始線(xiàn)寬的兩倍。


      自零差是同樣的技術(shù),除了沒(méi)有相位調制器將檢測頻率從零移開(kāi)。缺點(diǎn)是很難適應頻譜,因為射頻分析儀在低頻率有較差的響應,而且失去了低于零的一半頻譜,所以很難適應。


      所有頻率將產(chǎn)生拍頻,所以在測試時(shí)得到兩倍激光線(xiàn)寬的拍音。自外差法能夠將光譜信息從高光頻率轉移到能用電子學(xué)測量的頻率。

       

      用洛倫茲擬合的延遲自外差測量單模激光器的線(xiàn)寬:

      該光譜的半最大值全寬度(FWHM)等于激光線(xiàn)寬的兩倍。




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