Pomiar szerokości liniilaser o wąskiej szerokości linii
Szerokość linii lasera o wąskiej szerokości linii, zwłaszcza laserów jednoczęstotliwościowych, odnosi się do szerokości widma lasera (zwykle od połowy szerokości do pełnej szerokości FWHM). Dokładniej, szerokość gęstości widmowej mocy promieniowanego pola elektrycznego jest wyrażana w kategoriach częstotliwości, liczby falowej lub długości fali. Szerokość linii lasera jest bardzo ściśle skorelowana z czasem i jest charakteryzowana przez czas koherencji i długość koherencji. Jeśli faza ulega nieograniczonemu przesunięciu, szum fazowy generuje szerokość linii, co ma miejsce w przypadku swobodnego oscylatora. Fluktuacje fazy ograniczone do bardzo małego zakresu fazy skutkują zerową szerokością linii i pewnym pasmem bocznym szumu. Przesunięcie długości wnęki rezonansowej również wpływa na szerokość linii i uzależnia ją od czasu pomiaru. Oznacza to, że sama szerokość linii, a nawet kształt widma (typ linii) nie mogą dostarczyć wszystkich informacji owidmo laserowe.
Do pomiaru można zastosować wiele technikszerokość linii lasera:
Przy dużym stosunku szerokości linii (>10 GHz, gdy w wnękach rezonansowych wielu laserów występują oscylacje wielomodowe), do pomiaru można użyć tradycyjnego spektrometru z siatką dyfrakcyjną. Uzyskanie rozdzielczości wysokiej częstotliwości tą metodą jest bardzo trudne.
Innym podejściem jest użycie dyskryminatora częstotliwości do konwersji fluktuacji częstotliwości na fluktuacje intensywności. Dyskryminatorem może być niezbalansowany interferometr lub wnęka referencyjna o wysokiej precyzji. Rozdzielczość tej metody pomiaru jest również bardzo ograniczona.
3. Lasery jednoczęstotliwościowe zwykle wykorzystują metodę autoheterodyny, która rejestruje rytm między wyjściem lasera a nim samym po przesunięciu częstotliwości i opóźnieniu.
Gdy szerokość linii wynosi kilkaset herców, tradycyjna technika heterodynowa nie jest praktyczna, ponieważ wymaga dużego opóźnienia. Do jej wydłużenia można zastosować cykliczną pętlę światłowodową i wewnętrzny wzmacniacz światłowodowy.
5. Rejestrując uderzenia dwóch niezależnych laserów, można uzyskać bardzo wysoką rozdzielczość. W tym przypadku szum lasera referencyjnego jest znacznie niższy niż lasera testowego.laser, lub wskaźniki wydajności obu są podobne. Chwilową różnicę częstotliwości można uzyskać za pomocą pętli synchronizacji fazowej lub poprzez obliczenia oparte na zapisach matematycznych. Ta metoda jest bardzo prosta i stabilna, ale wymaga użycia innego lasera (pracującego z częstotliwością zbliżoną do częstotliwości lasera testowego). Jeśli mierzona szerokość linii wymaga bardzo szerokiego zakresu widmowego, bardzo wygodne jest użycie grzebienia częstotliwości.
Pomiar częstotliwości optycznej zazwyczaj wymaga pewnego odniesienia częstotliwości (lub czasu) w pewnym punkcie. W przypadku lasera o wąskiej szerokości linii, do zapewnienia wystarczająco dokładnego odniesienia, potrzebne jest tylko jedno światło odniesienia. Technika heterodynowa uzyskuje odniesienie częstotliwości poprzez zastosowanie odpowiednio długiego opóźnienia czasowego z samego urządzenia testującego. W idealnym przypadku unika się koherencji czasowej między wiązką początkową a własnym opóźnionym światłem. Dlatego zazwyczaj stosuje się długie światłowody. Jednak ze względu na stabilne fluktuacje i efekty akustyczne, długie światłowody mogą generować dodatkowy szum fazowy.
Czas publikacji: 08-12-2025