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 polovine do pune širine FWHM-a). Preciznije, širina spektralne gustoće snage zračenog električnog polja izražava se frekvencijom, talasnim brojem ili talasnom dužinom. Širina linije lasera ima vrlo blisku korelaciju s vremenom i karakterizira je vrijeme koherencije i dužina koherencije. Ako faza prolazi kroz neograničen pomak, tada fazni šum generira širinu linije, što je slučaj kod slobodnog oscilatora. Fazne fluktuacije ograničene unutar vrlo malog faznog raspona rezultiraju 0 širinama linije i nekim bočnim pojasom šuma. Pomak dužine 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.

Mnoge tehnike se mogu primijeniti za mjerenješirina laserske linije:

Kada je odnos 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 frekventnu rezoluciju korištenjem ove metode.

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

3. Jednofrekventni laseri obično koriste metodu samoheterodinskog rada, koja snima titraj između laserskog izlaza i samog lasera nakon frekventnog pomaka i kašnjenja.

Kada je širina linije nekoliko stotina herca, tradicionalna heterodinska tehnika nije praktična jer je u ovom trenutku potrebna velika dužina kašnjenja. Za njeno produženje mogu se koristiti ciklična optička petlja i interni optički pojačavač.

5. Vrlo visoka rezolucija može se postići snimanjem otkucaja dva nezavisna 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 proračunom zasnovanim na matematičkim zapisima. Ova metoda je vrlo jednostavna i stabilna, ali zahtijeva još jedan laser (koji radi blizu frekvencije testnog lasera). Ako izmjerena širina linije zahtijeva vrlo širok spektralni raspon, vrlo je pogodno koristiti frekventni češalj.

Mjerenje optičke frekvencije obično zahtijeva određenu referentnu frekvenciju (ili vrijeme) u nekom trenutku. Za lasere uske širine linije, potrebna je samo jedna referentna svjetlost da bi se obezbijedila dovoljno tačna referenca. Heterodinska tehnika dobija referentnu frekvenciju primjenom dovoljno dugog vremenskog kašnjenja od samog ispitnog uređaja. Idealno, izbjegava vremensku koherenciju između početnog snopa i vlastite zakašnjele svjetlosti. Stoga se obično koriste duga optička vlakna. Međutim, zbog stabilnih fluktuacija i akustičnih efekata, duga optička vlakna mogu uzrokovati dodatni fazni šum.