Linjebreddemåling av smallinjelaser

Måling av linjebreddesmal linjebreddelaser

Linjebredden til smallinjelasere, spesielt den til enkeltfrekvenslasere, refererer til bredden på laserspekteret (vanligvis halvbredde til fullbredde FWHM). Mer presist uttrykkes bredden på effektspektraltettheten til det utstrålte elektriske feltet i form av frekvens, bølgetall eller bølgelengde. Linjebredden til laseren har en svært nær korrelasjon med tid og er karakterisert av koherenstid og koherenslengde. Hvis fasen gjennomgår et ubegrenset skift, genererer fasestøyen en linjebredde, noe som er tilfellet med en fri oscillator. Fasesvingninger begrenset innenfor et svært lite faseområde resulterer i 0 linjebredder og noe støy i sidebåndet. Forskyvningen av resonanshulrommets lengde bidrar også til linjebredden og gjør den avhengig av måletiden. Dette indikerer at bare linjebredden eller til og med formen på spekteret (linjetype) ikke kan gi all informasjon omlaserspektrum.

Mange teknikker kan tas i bruk for å målelinjebredden til en laser:

Når linjebreddeforholdet er stort (>10 GHz, når det er flermodusoscillasjoner i resonanskavitetene til flere lasere), kan et tradisjonelt spektrometer som bruker et diffraksjonsgitter brukes til måling. Det er svært vanskelig å oppnå høyfrekvent oppløsning ved å bruke denne metoden.

En annen tilnærming er å bruke en frekvensdiskriminator for å konvertere frekvensfluktuasjoner til intensitetsfluktuasjoner. Diskriminatoren kan være et ubalansert interferometer eller et referansehulrom med høy presisjon. Oppløsningen til denne målemetoden er også svært begrenset.

3. Enkeltfrekvenslasere bruker vanligvis selvheterodynmetoden, som registrerer slaget mellom laserutgangen og seg selv etter frekvensforskyvning og forsinkelse.

Når linjebredden er flere hundre Hertz, er den tradisjonelle heterodyneteknikken ikke praktisk fordi det kreves en stor forsinkelseslengde på dette tidspunktet. En syklisk fibersløyfe og en intern fiberforsterker kan brukes til å forlenge den.

5. En svært høy oppløsning kan oppnås ved å registrere taktslagene til to uavhengige lasere. På dette tidspunktet er støyen fra referanselaseren mye lavere enn for testlaseren.laser, eller ytelsesindikatorene for de to er like. Den øyeblikkelige frekvensforskjellen kan oppnås ved å bruke en faselåst sløyfe eller gjennom beregning basert på matematiske data. Denne metoden er veldig enkel og stabil, men den krever en annen laser (som opererer nær frekvensen til testlaseren). Hvis den målte linjebredden krever et veldig bredt spektralområde, er det veldig praktisk å bruke en frekvenskam.

Optisk frekvensmåling krever vanligvis en viss frekvens- (eller tids-) referanse på et tidspunkt. For lasere med smal linjebredde er det bare nødvendig med ett referanselys for å gi en tilstrekkelig nøyaktig referanse. Heterodynteknikken oppnår frekvensreferansen ved å bruke en tilstrekkelig lang tidsforsinkelse fra selve testenheten. Ideelt sett unngår den tidskoherensen mellom den første strålen og dens eget forsinkede lys. Derfor brukes vanligvis lange optiske fibre. På grunn av stabile fluktuasjoner og akustiske effekter kan imidlertid lange optiske fibre forårsake ytterligere fasestøy.