電流ノイズはレーザーの線幅にどのように影響するか？
LDドライバの電流ノイズは、レーザー線幅に強い影響を与えます。しかし、両者の関連は明らかではありません。
LDドライバの電流ノイズを定量化するために、二乗平均平方根ノイズ振幅がよく使われます。
ここでは、レーザーの最終的な線幅を決定するためには、むしろノイズのスペクトル特性を見るべきであることを示します。
ノイズのスペクトル密度の違い
デジタルLDコントローラーには、Koheron CTL200-1-B-400を使用しています。
広帯域のインループ変調を行うDC変調入力のおかげで、高忠実度の任意波形変調を生成することができます。
ここでは、広帯域ホワイトノイズと狭帯域サインピークの2つの電流ノイズスペクトルをエミュレートするために使用しています。
両者はパワー分布が正反対ですが、10 Hz～1 MHzの帯域で積分した実効ノイズが同じになるように振幅が選ばれています。
変調入力はLowに設定されています。キーサイトの任意波形発生器33600Aを使用して、LDコントローラーを変調しています。
正弦波は500 kHzで30 mVpp の振幅を持ち、5.04 µARMS の積分ノイズとなります。
ホワイトノイズは3 MHzの帯域幅で175 mVpp の振幅を持ち、5.11 µARMSの積算ノイズを発生させました。
ちなみに、変調なしのLDコントローラーCTL200-1-B-400のRMSノイズは389 nARMSです。
以下は、その結果のスペクトル密度です。
線幅の比較
ソーラボ社のSFL1550Pレーザーダイオードの線幅を測定しています。温度はサーミスタ値9 kΩに安定化されています。
線幅の測定は、10 km遅延のセルフホモダインセットアップを使用しています。
様々なパワースペクトル密度に対する結果は以下のとおりです。
変調なしの場合、測定されたレーザー線幅は59 kHzです。
正弦波ピークノイズを印加すると、線幅は69 kHzに増加し、広帯域ノイズでは180 kHzに達します。
このように、きれいな正弦波は、レーザー周波数を変調しても、高いコヒーレント性を維持することができます。
逆に、広帯域ランダムノイズはレーザーの位相をスクランブルし、強いデコヒーレントになります。
狭線幅のLDに適したドライバを選ぶには、ドライバのノイズのパワースペクトルを比較し、できるだけ広帯域ノイズの少ないものを選ぶ必要があります。