第二章 主動鎖模雷射理論
3.2 一般的主動約分諧波鎖模摻鉺光纖雷射
實驗架構上分 PM Loop 及 Non-PM Branch 兩部分，PM Loop 的長 度大約為 15 公尺，Non-PM Branch 約為 19 公尺，所以整個共振腔的 長度為 15X2+19=53(公尺)，換算後基頻 f0=C/(ngL)=3.81MHz。
再來因加在調變器上的信號需要到 24.6dBm 的功率，而所使用的 信號產生器(Signal Generation)為 Agilent 的 E8257C，其頻率響應 為 250KHz~20GHz，他的輸出功率最大為 15dBm，故功率還不夠驅動調 變器，故須再加入一個放大器(Mini-circuit ZVR-8G,Psat=30dBm)，
其頻率響應為 2GHz 到 8GHz，如此功率才能夠大到約 25dBm，然後輸 出端再利用 50/50 Coupler 分成 a、b 兩道光，a 端接到 RF 頻譜分析 儀(HP 8564E Spectrum analyzer)，b 端接到快速示波器(Agilent 86105A)，而 a 端須先加上一個偵測器把光訊號轉成電訊號再加上 0.5G~26.5G 的放大器(Agilent 83107A)放大後才可接上 RF 頻譜分析 儀，而偵測器規格為 New Focus 102X,材質為 InGaAs，而偵測形式為 Schottky 的快速光偵測器，其 3dB 響應為 45GHz。
實驗一開始，所調變的頻率約為 2.000587GHz，一般來講其調變 器的 DC 偏壓皆加在
V
π(6.8V)，圖 3-4 為調變器的穿透係數與 DC 偏 壓之關係圖，然後利用約分諧波鎖模鎖 2、3、4 倍，使得調變頻率變 成 2.000578GHz+3.81MHz/2 、 2.000578GHz+3.81MHz/3 、 2.000578GHz+3.81MHz/4 ,產生脈衝重複率分別約為 4GHz、6GHz、8GHz 的脈衝序列，其結果從頻域上和時域上兩部分來觀察。在頻域上由 RF 頻譜分析儀上所觀測為圖 3-5、3-6、3-7，產生
的每種脈衝重複率在 RF 頻譜分析儀上皆分為兩種不同的狀況來看，
一種是在 broadband 的範圍上來觀測，且其 RBW(resolution bandwith) 為 1.0MHz 的情形，另一種為 narrowband 的範圍 (span 為 30MHz)，
且其 RBW(resolution bandwith)為 100KHz 的情形來觀察。
圖 3-4 調變器的穿透係數與 DC 偏壓之關係圖
(A) (B)
圖 3-5 P=2,4G 之脈衝重複率的 RF spectrum
(A) (B) 圖 3-6 P=3,6G 之脈衝重複率的 RF spectrum
(A) (B) 圖 3-7 P=4,8G 之脈衝重複率的 RF spectrum
由圖 3-5、3-6、3-7 可以知道，當調變頻率約為 2GHz 而約分諧波鎖 模鎖 2 倍、3 倍、4 倍時，使其脈衝重複率確實變成了 4GHz、6GHz、
8GHz，而且當脈衝重複率增加時其 SMSR 值(Side-mode suppression ratio)也漸漸變小了(圖 3-7(A)在 8G 的時候可能是鎖模鎖的比 4GHz、6GHz 精確，所以其 SMSP 值還跟在 6GHz 時的 SMSR 值差不多)。
再來就是在時域上的情形，我們利用快速示波器來觀察，由圖 3-8、3-9、3-10 所示，不同的脈衝重複率又分為瞬時與平均兩種情 形來觀察。
(A) (B)
圖 3-8 P=2,4GHz 之脈衝重複率在示波器上的情形
(A) (B)
圖 3-9 P=3,6GHz 之脈衝重複率在示波器上的情形
(A) (B)
圖 3-10 P=4,8GHz 之脈衝重複率在示波器上的情形
由圖 3-8、3-9、3-10 可以知道，當調變頻率約為 2GHz 而約分諧波鎖
接下來考慮調變頻率為 5.002521GHz 時，DC 偏壓為 6.8V，約分 諧波鎖模鎖 2、3、4 倍，使得調變頻率變成 5.002521GH+3.81MHz/2、
5.002521GH+3.81MHz/3、5.002521GHz+3.81MHz/4，而產生脈衝重複 率分別為 10GHz、15GHz、20GHz 的脈衝序列，其結果一樣從頻域上和 時域上兩部分來觀察。
在頻域上由 RF 頻譜分析儀上所觀測為圖 3-11、3-12、3-13，產 生的每種脈衝重複率在 RF 頻譜分析儀上同樣分為兩種不同的狀況來 看，一種是在 broadband 的範圍上來觀測，且其 RBW(resolution bandwith)為 1.0MHz 的情形，另一種為 narrowband 的範圍 (span 為 30MHz)，其 RBW(resolution bandwith)為 100KHz 的情形來觀察。
由圖 3-11、3-12、3-13 可以知道，當調變頻率約為 5GHz 而約分 諧波鎖模鎖 2 倍、3 倍、4 倍時，其脈衝重複率確實變成了 10GHz、
15GHz、20GHz，而且當脈衝重複率增加時其 SMSR 值(Side-mode suppression ratio)也跟著變小了，與調變頻率為 2GHz 時的情形差 不多，但也觀察到當調變頻率為 5GHz 而脈衝重複率在不同倍率的情 形時，其 SMSR 值比調變頻率為 2GHz 而脈衝重複率在不同倍率的情形 時差，所以有此可知當脈衝重複率提高的同時其 SMSR 值也跟著降低。
(A) (B)
圖 3-11 P=2,10G 之脈衝重複率的 RF spectrum
(A) (B) 圖 3-12 P=3,15G 之脈衝重複率的 RF spectrum
(A) (B) 圖 3-13 P=4,20G 之脈衝重複率的 RF spectrum
再來就是在時域上的情形，我們利用快速示波器來觀察，由圖 3-14、3-15、3-16 所示，不同的脈衝重複率又分為瞬時與取平均兩 種情形來觀察。
由圖 3-14、3-15、3-16 可以知道，當調變頻率約為 5GHz,DC 偏 壓為 6.8V，而約分諧波鎖模鎖 2 倍、3 倍、4 倍時，結果在示波器上 的確分別形成 10GHz、15GHz、20GHz 的脈衝序列，但也可從這觀察到 其 脈 衝 序 列 在 瞬 時 的 情 形 ， 其 脈 衝 序 列 的 振 幅 擾 動 (amplitude fluctuation)和時間上的擾動(time jitter)都比調變頻率為 2GHz 而 約分諧波鎖模鎖不同倍率的情形還要糟糕，而且其 15GHz、20GHz 的 脈衝形狀有點走樣可能是因為示波器不夠快所導致的，並且當約分諧 值都不超過 20dB，而文獻上現在利用約分諧波鎖模所造成的 10GHz 的脈衝序列其 SMSR 值可達到 30dB，而且在時域上脈衝序列的振幅擾 動(amplitude fluctuation)和時間上的擾動(time jitter)都很大，
所以目前所用的架構並不夠好，必須加上一些穩定機制來穩定脈衝序 列，降低脈衝的振幅擾亂以及提高其 SMSR 值，而這會在下章節介紹。
圖 3-17、3-18 分別是調變頻率為 2GHz、5GHz 約分諧波鎖模鎖不 同倍率下的光譜圖。
(A) (B)
圖 3-14 P=2,10GHz 之脈衝重複率在示波器上的情形
(A) (B)
圖 3-15 P=3,15GHz 之脈衝重複率在示波器上的情形
(A) (B)
圖 3-16 P=4,20GHz 之脈衝重複率在示波器上的情形
(A) (B)
(C)
圖 3-17 (A)(B)(C)分別為 4GHz、6GHz、8GHz 的光譜圖
(A) (B)
(C)
圖 3-18 (A)(B)(C)分別為 10GHz、15GHz、20GHz 的光譜圖