Measurements of the laser linewidth due to quantum phase and quantum amplitude noise above and below threshold. I

Abstract

The natural linewidths and line shapes due to quantum phase and quantum amplitude noise have been investigated above, within and below the threshold region of laser operation using a Fourier spectroscopic technique. Outside the threshold region the linewidths of the laser spectrum were found to be inversely proportional to the laser power, and measurements confirm the "factor of two" difference in the linewidth equation. Within the threshold region the results are in agreement with calculations of Hempstead, Lax and Risken. A Mach-Zehnder interferometer with optical path differences up to 1500 meters was used for the measurements. The method of investigation combines a high spectral resolution with a good signal-to-noise ratio. The method is suited to linewidth measurements of a laser both above and below threshold and allows the technical and natural linewidths to be clearly distinguished.

Evading Vacuum Noise: Wigner Projections or Husimi Samples?

“…This is precisely the marginal distribution of the Wigner function of the state [14], that can thus be efficiently reconstructed [15]. This method has been shown to achieve the ultimate resolution predicted by the Fisher information [16], so it comes as no surprise that it is widely considered to be optimal in the CV community.The other technique, heterodyne detection [17][18][19][20][21][22][23][24][25][26][27], realizes the approximate measurement of two complementary orthogonal quadratures. This corresponds to a direct sampling of the Husimi Q function [28].…”

“…The other technique, heterodyne detection [17][18][19][20][21][22][23][24][25][26][27], realizes the approximate measurement of two complementary orthogonal quadratures. This corresponds to a direct sampling of the Husimi Q function [28].…”

Técnica de Aquisição Off-Line da Coerência em Onda Contínua de Lasers Semicondutores com Cálculo do Tempo de Atraso

“…De uma forma ou de outra, as técnicas convencionais de determinação experimental da largura de linha baseiam-se no batimento da portadora óptica a ser caracterizada com este próprio sinal atrasado no tempo, seguidos do batimento e fotodetecção, para posterior análise no domínio elétrico por um analisador de espectros. O processo de quebra da coerência de fase da portadora óptica é obtido através do atraso temporal de uma parcela do sinal, através de sua propagação por carretéis de fibra com comprimento suficiente ou por translação de frequência [5,6]. Entretanto, o desenvolvimento de conversores analógico para digital (ADC -Analog-to-Digital Converter), juntamente com o aperfeiçoamento da recepção coerente através das híbridas ópticas, permitiu que as distorções de fase e frequência da portadora óptica fossem convertidas para o domínio elétrico e armazenadas em memórias de altíssima velocidade para análise posterior nas chamadas técnicas off-line [23,28].…”

“…Entretanto, o surgimento de lasers a diodos e as fibras ópticas monomodo exigiram o desenvolvimento de novos métodos de determinação da largura de linha. Basicamente, o sinal eletromagnético é dividido por dispositivos a fibra (splitter) para, então, um dos sinais ser descorrelacionado por um longo caminho ou sofrer uma translação em frequência, com posterior batimento e detecção homódina [5] ou heteródina [6], respectivamente. Esse longo caminho (em fibra óptica) precisa ser maior que o comprimento de coerência do laser.…”

Investigação do Alargamento Espectral e Perda de Coerência em Lasers Semicondutores

“…Sendo então, após sua fotodetecção, caracterizado em um analisador de espectros elétrico [4] através do seu modelamento com distribuições conhecidas. O processo de descorrelacionamento, fundamental para garantir a validade da caracterização, pode ser alcançado através do atraso temporal de uma parcela do sinal através de sua propagação por carretéis de fibra com comprimento suficiente, resultando em seu batimento auto-homódino [5], ou por moduladores acústico-ópticos em montagem estabilizada, resultando em seu batimento auto-heteródino [6]. Entretanto, o advento de conversores analógico para digital (ADCs -Analog-to-Digital Converters) ultrarrápidos nas últimas décadas, juntamente com o amadurecimento de técnicas de recepção coerente, através do batimento heteródino do sinal a ser caracterizado com um oscilador local, permitiu que as distorções de fase e frequência da portadora óptica fossem convertidas para o domínio elétrico e armazenadas em memórias de altíssima velocidade.…”