Meranie šírky čiary laseru s úzkou šírkou čiary

Meranie šírky čiarylaser s úzkou šírkou čiary

Šírka čiary laserov s úzkou šírkou čiary, najmä jednofrekvenčných laserov, sa vzťahuje na šírku laserového spektra (zvyčajne polovičná až plná šírka FWHM). Presnejšie povedané, šírka výkonovej spektrálnej hustoty vyžarovaného elektrického poľa sa vyjadruje pomocou frekvencie, vlnočíta alebo vlnovej dĺžky. Šírka čiary laseru má veľmi úzku koreláciu s časom a je charakterizovaná koherenčným časom a koherenčnou dĺžkou. Ak fáza prechádza neohraničeným posunom, potom fázový šum generuje šírku čiary, čo je prípad voľného oscilátora. Fázové fluktuácie obmedzené vo veľmi malom fázovom rozsahu vedú k nulovej šírke čiary a určitému šumovému bočnému pásmu. Posun dĺžky rezonančnej dutiny tiež prispieva k šírke čiary a robí ju závislou od času merania. To naznačuje, že samotná šírka čiary alebo dokonca tvar spektra (typ čiary) nemôže poskytnúť všetky informácie o...laserové spektrum.

Na meranie je možné použiť mnoho techníkšírka laserového čiarového riadku:

Keď je pomer šírky čiar veľký (> 10 GHz, keď sa v rezonančných dutinách viacerých laserov vyskytujú viacmódové oscilácie), na meranie možno použiť tradičný spektrometer s difrakčnou mriežkou. Pomocou tejto metódy je veľmi ťažké dosiahnuť vysoké frekvenčné rozlíšenie.

Ďalším prístupom je použitie frekvenčného diskriminátora na prevod frekvenčných fluktuácií na fluktuácie intenzity. Diskriminátorom môže byť nevyvážený interferometer alebo vysoko presná referenčná dutina. Rozlíšenie tejto metódy merania je tiež veľmi obmedzené.

3. Jednofrekvenčné lasery zvyčajne používajú metódu autoheterodynu, ktorá zaznamenáva rytmus medzi laserovým výstupom a samotným laserom po frekvenčnom posune a oneskorení.

Keď je šírka vedenia niekoľko stoviek hertzov, tradičná heterodynová technika nie je praktická, pretože v tomto prípade je potrebná veľká dĺžka oneskorenia. Na jej predĺženie je možné použiť cyklickú vláknovú slučku a interný vláknový zosilňovač.

5. Veľmi vysoké rozlíšenie je možné dosiahnuť zaznamenaním pulzov dvoch nezávislých laserov. V tomto prípade je šum referenčného laseru oveľa nižší ako šum testovacieho laseru.laser, alebo ukazovatele výkonu oboch sú podobné. Okamžitý frekvenčný rozdiel je možné získať pomocou fázovo uzamknutej slučky alebo výpočtom založeným na matematických záznamoch. Táto metóda je veľmi jednoduchá a stabilná, ale vyžaduje si ďalší laser (pracujúci blízko frekvencie testovaného laseru). Ak meraná šírka čiary vyžaduje veľmi široký spektrálny rozsah, je veľmi vhodné použiť frekvenčný hrebeň.

Meranie optickej frekvencie si zvyčajne vyžaduje určitú frekvenčnú (alebo časovú) referenciu v určitom bode. Pre laser s úzkou šírkou čiary je na zabezpečenie dostatočne presnej referencie potrebné iba jedno referenčné svetlo. Heterodynová technika získava frekvenčnú referenciu aplikáciou dostatočne dlhého časového oneskorenia zo samotného testovacieho zariadenia. V ideálnom prípade sa vyhýba časovej koherencii medzi počiatočným lúčom a jeho vlastným oneskoreným svetlom. Preto sa zvyčajne používajú dlhé optické vlákna. Avšak kvôli stabilným fluktuáciám a akustickým efektom môžu dlhé optické vlákna spôsobovať dodatočný fázový šum.