Измерване на ширината на линията на лазер с тясна ширина на линията

Измерване на ширината на линияталазер с тясна ширина на линията

Ширината на линията на лазерите с тясна ширина на линията, особено на едночестотните лазери, се отнася до ширината на лазерния спектър (обикновено от половин до пълна ширина на FWHM). По-точно, ширината на спектралната плътност на мощността на излъченото електрическо поле се изразява чрез честота, вълново число или дължина на вълната. Ширината на линията на лазера има много тясна корелация с времето и се характеризира с време на кохерентност и дължина на кохерентност. Ако фазата претърпява неограничено изместване, тогава фазовият шум генерира ширина на линията, какъвто е случаят със свободен осцилатор. Фазовите флуктуации, ограничени в много малък фазов диапазон, водят до 0 ширини на линията и известна странична лента на шума. Отместването на дължината на резонансната кухина също допринася за ширината на линията и я прави зависима от времето на измерване. Това показва, че само ширината на линията или дори формата на спектъра (тип линия) не могат да предоставят цялата информация за...лазерен спектър.

Могат да се приложат много техники за измерване наширина на линията на лазера:

Когато съотношението на ширината на линията е голямо (>10 GHz, когато има множество модови трептения в резонансните кухини на множество лазери), за измерване може да се използва традиционен спектрометър, използващ дифракционна решетка. Много е трудно да се получи висока честотна резолюция чрез този метод.

Друг подход е използването на честотен дискриминатор за преобразуване на честотните флуктуации във флуктуации на интензитета. Дискриминаторът може да бъде небалансиран интерферометър или високопрецизна референтна резонаторна кухина. Разделителната способност на този метод на измерване също е много ограничена.

3. Едночестотните лазери обикновено използват метода на самохетеродин, който записва биенето между лазерния изход и самия него след честотно отместване и забавяне.

Когато ширината на линията е няколкостотин херца, традиционната хетеродинна техника не е практична, тъй като в този момент е необходима голяма дължина на закъснение. За удължаването ѝ може да се използва циклична оптична верига и вътрешен оптичен усилвател.

5. Много висока резолюция може да се постигне чрез записване на импулсите от два независими лазера. В този случай шумът на референтния лазер е много по-нисък от този на тестовия.лазер, или показателите за производителност на двата са сходни. Моментната разлика в честотата може да се получи чрез използване на фазово заключена верига или чрез изчисление, базирано на математически записи. Този метод е много прост и стабилен, но изисква друг лазер (работещ близо до честотата на тестовия лазер). Ако измерената ширина на линията изисква много широк спектрален диапазон, е много удобно да се използва честотен гребен.

Измерването на оптична честота обикновено изисква определена честотна (или времева) референтна стойност в даден момент. За лазери с тясна ширина на линията е необходима само една референтна светлина, за да се осигури достатъчно точна референтна стойност. Хетеродинната техника получава честотната референтна стойност чрез прилагане на достатъчно дълго времезакъснение от самото тестово устройство. В идеалния случай тя избягва времевата кохерентност между началния лъч и собствената му забавена светлина. Поради това обикновено се използват дълги оптични влакна. Поради стабилни флуктуации и акустични ефекти обаче, дългите оптични влакна могат да причинят допълнителен фазов шум.