Вимірювання ширини лінії лазера з вузькою шириною лінії

Вимірювання ширини лініїлазер з вузькою шириною лінії

Ширина лінії лазера з вузькою шириною лінії, особливо одночастотних лазерів, стосується ширини лазерного спектру (зазвичай від половинної до повної ширини на півширині). Точніше, ширина спектральної щільності потужності випромінюваного електричного поля виражається через частоту, хвильове число або довжину хвилі. Ширина лінії лазера має дуже тісну кореляцію з часом і характеризується часом когерентності та довжиною когерентності. Якщо фаза зазнає необмеженого зсуву, то фазовий шум генерує ширину лінії, що має місце у випадку вільного осцилятора. Фазові коливання, обмежені дуже малим фазовим діапазоном, призводять до нульової ширини лінії та деякої бічної смуги шуму. Зсув довжини резонансного резонатора також впливає на ширину лінії та робить її залежною від часу вимірювання. Це вказує на те, що сама лише ширина лінії або навіть форма спектру (тип лінії) не можуть надати всю інформацію про...лазерний спектр.

Для вимірювання можна застосувати багато методівширина лінії лазера:

Коли коефіцієнт ширини ліній великий (>10 ГГц, коли в резонансних резонаторах кількох лазерів присутні багатомодові коливання), для вимірювання можна використовувати традиційний спектрометр з дифракційною ґраткою. За допомогою цього методу дуже важко отримати високу роздільну здатність по частоті.

Інший підхід полягає у використанні частотного дискримінатора для перетворення коливань частоти у коливання інтенсивності. Дискримінатором може бути незбалансований інтерферометр або високоточний опорний резонатор. Роздільна здатність цього методу вимірювання також дуже обмежена.

3. Одночастотні лазери зазвичай використовують метод самогетеродина, який записує биття між вихідним лазером та самим лазером після зміщення частоти та затримки.

Коли ширина лінії становить кілька сотень герц, традиційний гетеродинний метод непрактичний, оскільки в цьому випадку потрібна велика затримка. Для її подовження можна використовувати циклічну волоконну петлю та внутрішній волоконний підсилювач.

5. Дуже високої роздільної здатності можна досягти, записуючи випромінювання двох незалежних лазерів. У цьому випадку шум опорного лазера значно нижчий, ніж у тестового.лазер, або показники продуктивності обох методів схожі. Миттєву різницю частот можна отримати за допомогою фазового автопідстроювання частоти або за допомогою розрахунку на основі математичних записів. Цей метод дуже простий і стабільний, але він вимагає іншого лазера (що працює поблизу частоти тестового лазера). Якщо виміряна ширина лінії вимагає дуже широкого спектрального діапазону, дуже зручно використовувати частотний гребінець.

Вимірювання оптичної частоти зазвичай вимагає певного опорного значення частоти (або часу) в певній точці. Для лазера з вузькою шириною лінії потрібен лише один опорний випромінювач, щоб забезпечити достатньо точне опорне значення. Гетеродинний метод отримує опорне значення частоти, застосовуючи достатньо довгу часову затримку від самого випробувального пристрою. В ідеалі, він уникає часової когерентності між початковим променем та його власним затриманим світлом. Тому зазвичай використовуються довгі оптичні волокна. Однак через стабільні коливання та акустичні ефекти довгі оптичні волокна можуть спричиняти додатковий фазовий шум.