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Längeneinheit

Arbeitsgruppe 4.31

Selektion einzelner Frequenzkammlinien mittels kohärenter Brillouin-Streuung

Bei der kohärenten Brillouin-Streung in Glasfasern wird duch zwei gegenläufig Lichtfelder, die eine bestimmte Frequenzverschiebung zueinander aufweisen, mit Hilfe der Elektostriktion eine laufende Ultraschallwelle angeregt. Die so entstehende periodische Materialdichte-Modulation führt zu einer Modulation des optischen Brechungsindexes. Dies entspricht einem langen, bewegten Bragg-Gitter. Bei geeignet gewählter Differenzfrequenz (10 GHz-Bereich) werden die Anregungsfelder auf der gesamten Gitterlänge phasenrichtig (und damit sehr effizient) zurück gestreut und gleichzeitig in ihrer Frequenz verschoben. Die Rückstreung des höherfrequenten Feldes (der sog. Pumpe) wird so auf die Frequenz des niederfrequenten (dem sog. Stokes) verschoben und interferiert konstruktiv mit dem Anregungs-Stokes-Feld, was zu seiner optischen Verstärkung führt. Die Bandbreite dieser Verstärkung wird durch die Lebensdauer der Ultraschallwelle bestimmt und liegt typischerweise im 10 MHz-Bereich. Sie ist damit deutlich schmaler als der Linienabstand bei üblichen üblichen Erbium-Laser-basierten Frequenzkämmen (ca. 50...300 MHz). Deshalb ist die Brillouin-Streuung geeignet, eine einzelne Linie des Frequenkammes zu selektieren. Durch gleichzeitige Anwendung eines weiteren Selektionskonzeptes, dem sog. 'Brillouin-dynamic-grating' lassen sich die benachbarten Kammlinien um 50...70 dB unterdrücken [1], siehe Abb. 1, was für die meisten Anwendungen mehr als ausreichend ist.

Abb. 1: Heterodyn-detektiertes Spektrum am Ausgang eines Kammlinien-Sektors, der auf kohärenter Brillouinstreuung basiert. Die unerwünschten Linien des kammförmigen Eingangsignals (Linienabstand 56 MHz) werden im Vergleich zur selektierten Einzellinie um mehr als 55 dB unterdrückt.

Bei dieser Frequenselektion bleibt die optische Phase weitgehend erhalten, wie Abb. 2. zeigt. Hier wurde die Schwebung zwischen dem Ein- und Ausgangssignal des Brillouin-Linienselektors aufgezeichnet. Die beobachtete Linienbreite ist durch die Filterfunktion des verwendeten HF-Spektrumanalysators begrenzt.

Abb. 2: Spektrum der Schwebung zwischen dem Ein- und Ausgangsignal des Brillouin-Linienselektors.

Literatur

[1] F. Rohde, E. Benkler, and H. R. Telle, ‘High contrast, low noise selection and amplification of an individual optical frequency comb line’, Opt. Lett. 38, 103-105 (2013)

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