Mjerenje širine linije lasera uske širine linije

Mjerenje širine linijelaser uske širine linije

Širina linije lasera uske širine linije, posebno lasera s jednom frekvencijom, odnosi se na širinu laserskog spektra (obično od polovice do pune širine FWHM-a). Preciznije, širina spektralne gustoće snage zračenog električnog polja izražava se frekvencijom, valnim brojem ili valnom duljinom. Širina linije lasera ima vrlo blisku korelaciju s vremenom i karakterizira je vrijeme koherencije i duljina koherencije. Ako faza prolazi kroz neograničeni pomak, tada fazni šum generira širinu linije, što je slučaj kod slobodnog oscilatora. Fazne fluktuacije ograničene unutar vrlo malog faznog raspona rezultiraju 0 širinama linija i nekim bočnim pojasom šuma. Pomak duljine rezonantne šupljine također doprinosi širini linije i čini je ovisnom o vremenu mjerenja. To ukazuje na to da sama širina linije ili čak oblik spektra (tip linije) ne mogu pružiti sve informacije o...laserski spektar.

Za mjerenje se može primijeniti mnogo tehnikaširina laserske linije:

Kada je omjer širine linije velik (>10 GHz, kada postoje višemodne oscilacije u rezonantnim šupljinama više lasera), za mjerenje se može koristiti tradicionalni spektrometar koji koristi difrakcijsku rešetku. Vrlo je teško postići visoku frekvencijsku rezoluciju korištenjem ove metode.

Drugi pristup je korištenje frekvencijskog diskriminatora za pretvaranje frekvencijskih fluktuacija u fluktuacije intenziteta. Diskriminator može biti neuravnoteženi interferometar ili visokoprecizna referentna šupljina. Rezolucija ove metode mjerenja također je vrlo ograničena.

3. Jednofrekventni laseri obično koriste metodu samoheterodinske metode, koja bilježi titraj između laserskog izlaza i samog sebe nakon frekvencijskog pomaka i kašnjenja.

Kada je širina linije nekoliko stotina herca, tradicionalna heterodinska tehnika nije praktična jer je u ovom trenutku potrebna velika duljina kašnjenja. Za njezino produljenje mogu se koristiti ciklička optička petlja i unutarnje optičko pojačalo.

5. Vrlo visoka rezolucija može se postići snimanjem otkucaja dvaju neovisnih lasera. U ovom trenutku, šum referentnog lasera je mnogo niži od šuma testnog lasera.laser, ili su pokazatelji performansi ta dva slični. Trenutna razlika frekvencije može se dobiti korištenjem fazno zaključane petlje ili izračunom na temelju matematičkih zapisa. Ova metoda je vrlo jednostavna i stabilna, ali zahtijeva još jedan laser (koji radi blizu frekvencije ispitivanog lasera). Ako izmjerena širina linije zahtijeva vrlo širok spektralni raspon, vrlo je prikladno koristiti frekvencijski češalj.

Mjerenje optičke frekvencije obično zahtijeva određenu frekvencijsku (ili vremensku) referencu u nekom trenutku. Za lasere uske širine linije potrebna je samo jedna referentna svjetlost kako bi se osigurala dovoljno točna referenca. Heterodinska tehnika dobiva frekvencijsku referencu primjenom dovoljno dugog vremenskog kašnjenja iz samog ispitnog uređaja. Idealno bi bilo da se izbjegne vremenska koherencija između početnog snopa i vlastitog kašnjenja svjetlosti. Stoga se obično koriste duga optička vlakna. Međutim, zbog stabilnih fluktuacija i akustičnih učinaka, duga optička vlakna mogu uzrokovati dodatni fazni šum.