Измерение ширины линии узкополосного лазера

Измерение ширины линиилазер с узкой шириной линии

Ширина линии узкополосного лазера, особенно одночастотного, относится к ширине спектра лазера (обычно от половины ширины до полной ширины на половине максимума). Точнее, ширина спектральной плотности мощности излучаемого электрического поля выражается через частоту, волновое число или длину волны. Ширина линии лазера имеет очень тесную корреляцию со временем и характеризуется временем когерентности и длиной когерентности. Если фаза претерпевает неограниченный сдвиг, то фазовый шум генерирует ширину линии, что имеет место в случае свободного генератора. Флуктуации фазы, ограниченные очень малым фазовым диапазоном, приводят к нулевой ширине линии и некоторой шумовой боковой полосе. Смещение длины резонансной полости также вносит вклад в ширину линии и делает ее зависимой от времени измерения. Это указывает на то, что одна только ширина линии или даже форма спектра (тип линии) не может дать всей информации о...спектр лазера.

Для измерения можно использовать множество методов.ширина линии лазера:

Когда отношение ширины линии велико (>10 ГГц, когда в резонансных полостях нескольких лазеров наблюдаются многомодовые колебания), для измерения можно использовать традиционный спектрометр с дифракционной решеткой. Однако получить высокое частотное разрешение этим методом очень сложно.

Другой подход заключается в использовании частотного дискриминатора для преобразования флуктуаций частоты в флуктуации интенсивности. В качестве дискриминатора может выступать несимметричный интерферометр или высокоточный эталонный резонатор. Разрешение этого метода измерения также весьма ограничено.

3. В одночастотных лазерах обычно используется метод самогетеродинирования, который регистрирует биения между выходным сигналом лазера и самим собой после смещения частоты и задержки.

Когда ширина линии составляет несколько сотен Герц, традиционная гетеродинная техника нецелесообразна, поскольку в этом случае требуется большая длина задержки. Для ее расширения можно использовать циклическую волоконно-оптическую петлю и внутренний волоконно-оптический усилитель.

5. Очень высокое разрешение может быть достигнуто путем записи биений двух независимых лазеров. При этом шум эталонного лазера значительно ниже, чем шум контрольного.лазерили же показатели производительности обоих устройств схожи. Мгновенную разницу частот можно получить с помощью фазовой автоподстройки частоты или путем расчета на основе математических записей. Этот метод очень прост и стабилен, но требует наличия другого лазера (работающего вблизи частоты тестового лазера). Если для измерения ширины линии требуется очень широкий спектральный диапазон, очень удобно использовать частотный гребень.

Для измерения оптической частоты обычно требуется определенная опорная частота (или время) в какой-то момент. Для лазеров с узкой шириной линии достаточно одного опорного источника света, чтобы обеспечить достаточно точную опорную частоту. Гетеродинный метод получает опорную частоту путем приложения достаточно большой временной задержки от самого измерительного устройства. В идеале это позволяет избежать временной когерентности между исходным лучом и собственным задержанным светом. Поэтому обычно используются длинные оптические волокна. Однако из-за стабильных флуктуаций и акустических эффектов длинные оптические волокна могут вызывать дополнительный фазовый шум.