加入穩定機制的主動約分諧波鎖模摻鉺光纖雷射

承上一節所述，整個實驗架構在沒有加入穩定機制前，脈衝序列 的振幅擾動(Amplitude fluctuation)跟時間上的飄移(time jitter) 都 非 常 嚴 重 ， 而 且 在 RF 頻 譜 分 析 儀 上 的 SMSR 值 (side-mode suppression ratio)不到 20dB，這使得脈衝的穩定度不夠，因此我 們在整個架構內新加入了 SOA(semiconductor optical amplifier) 這個穩定機制來改善脈衝的穩定度跟提高 SMSR 值。

圖 3-19 加入 SOA 的架構圖

在加入 SOA 這個元件後，整個實驗架構變成圖 3-19，新的架構

跟原先的架構差別只在於多加入了一個 SOA 跟一個 1/99 的 Coupler， Coupler 來監測，以避免光脈衝打壞 SOA，而因為我們的儀 器(power meter)所能量到的功率是脈衝序列的平均功率，

要超過 0.004mW 就可以確保在共振腔內的光脈衝不會打壞 成 2.002771GHz+5.61MHz/2 、 2.002771GHz+5.61MHz/3 以 及 2.002771GHz+5.61MHz/4 ，產生脈衝重複率分別約為 4GHz、6GHz、

8GHz 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 3-20、3-21、3-22，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 (已在上一節敘述過了)，由圖 3-20、3-21、3-22 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，脈衝重複率確 實分別變成了 4GHz、6GHz、8GHz，其脈衝重複率為 4GHz 時 SMSR 為 35dB、6GHz 時為 27dB、8GHz 時為 21dB，綜合起來有加 SOA 的架構其 SMSR 比原本沒加 SOA 時的情形大約增加 5~10dB,所以加入 SOA 這個穩

定機制的確可以提高 SMSR 值。

(A) (B)

圖 3-20 P=2,4G 之脈衝重複率的 RF spectrum

(A) (B)

圖 3-21 P=3,6G 之脈衝重複率的 RF spectrum

(A) (B)

圖 3-22 P=4,8G 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 3-23、3-24、3-25 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。

從圖 3-23、3-24、3-25 可以看出，當調變頻率約為 2GHz 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 4GHz、

6GHz、8GHz 的脈衝序列，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)比原本沒加 SOA 時 的情形改善很多且時間上的擾動(time jitter)也減小很多，所以加 入 SOA 這個穩定機制的確可以改善脈衝本身的振幅擾動和時間上的 擾動。但此時還是有一個問題仍然存在，就是當約分諧波鎖模鎖不同

倍率時，在兩倍的時候，可觀察到其脈衝振幅平均上還是等高的，而 當鎖 3 倍、4 倍時可觀察到其脈衝振幅的不等高性，而且 4 倍的不等 高性比 3 倍的不等高性還要大。這個問題在加入 SOA 之後有所改善，

但是還是無法完全把脈衝振幅高度壓成一樣，而因此這也導致約分諧 波鎖模鎖 3 倍以上其脈衝仍然會有不等高性，從而造成應用上的困 難，這在下一節會有方法來改善這個問題。

(A) (B)

圖 3-23 P=2,4GHz 之脈衝重複率在示波器上的情形

(A) (B)

圖 3-24 P=3,6GHz 之脈衝重複率在示波器上的情形

(A) (B) 圖 3-25 P=4,8GHz 之脈衝重複率在示波器上的情形

接下來換考慮調變頻率為 5.004121GHz 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 5.004121GH+5.61MHz/2、

5.004121GH+5.61MHz/3 以及 5.004121GHz+35.61MHz/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 3-26、3-27、3-28,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 (已在上上節敘述過了)，由圖 3-26、3-27、3-28 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，脈衝重複率確 實分別變成了 10GHz、15GHz、20GHz，其脈衝重複率為 10GHz 時 SMSR 為 32dB、15GHz 時為 22dB 以及 8GHz 時為 17dB，綜合起來有加 SOA 的架構其 SMSR 比原本沒加 SOA 時的情形大約增加 5~10dB，所以加入 SOA 這個穩定機制的確可以提高 SMSR 值。

(A) (B)

圖 3-26 P=2,10G 之脈衝重複率的 RF spectrum

(A) (B)

圖 3-27 P=3,15G 之脈衝重複率的 RF spectrum

(A) (B)

圖 3-28 P=4,20G 之脈衝重複率的 RF spectrum

再來就是考慮在時域上的情形，我們利用快速示波器來觀察，由 圖 3-29、3-30、3-31 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 3-29、3-30、3-31 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，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)都比原本沒加 SOA 時的 情形好很多，所以加入 SOA 的確改善了脈衝序列的穩定度，但其

時候，同時也會產生脈衝高度的不一致(當約分諧波鎖模鎖 3 倍以上), 而這個問題會在下一節有其解決方法。

圖 3-32、3-33 分別為 2GHz、5GHz 的約分諧波鎖模不同倍率下的 光譜圖 。

(A) (B)

圖 3-29 P=2,10GHz 之脈衝重複率在示波器上的情形

(A) (B)

圖 3-30 P=3,15GHz 之脈衝重複率在示波器上的情形

(A) (B)

圖 3-31 P=4,20GHz 之脈衝重複率在示波器上的情形

(A) (B) (C)

圖 3-32 (A)(B)(C)分別為 4GHz、

6GHz、8GHz 的光譜圖

(A) (B)

(C)

圖 3-33 (A)(B)(C)分別為

10GHz、15GHz、20GHz 的光譜圖