Měření šířky čáry u laseru s úzkou šířkou čáry

Měření šířky čárylaser s úzkou šířkou čáry

Šířka čáry u úzkopásmových laserů, zejména u jednofrekvenčních laserů, se vztahuje k šířce laserového spektra (obvykle poloviční až plnošířková šířka na délce 100 km/h). Přesněji řečeno, šířka výkonové spektrální hustoty vyzařovaného elektrického pole se vyjadřuje pomocí frekvence, vlnočet nebo vlnová délka. Šířka čáry laseru má velmi úzkou korelaci s časem a je charakterizována koherenčním časem a koherenční délkou. Pokud fáze prochází neomezeným posunem, pak fázový šum generuje šířku čáry, což je případ volného oscilátoru. Fázové fluktuace omezené ve velmi malém fázovém rozsahu vedou k nulové šířce čáry a určitému šumovému postrannímu pásmu. Posun délky rezonanční dutiny také přispívá k šířce čáry a činí ji závislou na době měření. To naznačuje, že pouhá šířka čáry nebo dokonce tvar spektra (typ čáry) nemůže poskytnout všechny informace o...laserové spektrum.

K měření lze použít mnoho technikšířka čáry laseru:

Pokud je poměr šířky čar velký (>10 GHz, kdy se v rezonančních dutinách více laserů vyskytují vícemódové oscilace), lze k měření použít tradiční spektrometr s difrakční mřížkou. Touto metodou je velmi obtížné dosáhnout vysokého frekvenčního rozlišení.

Dalším přístupem je použití frekvenčního diskriminátoru k převodu frekvenčních fluktuací na fluktuace intenzity. Diskriminátorem může být nevyvážený interferometr nebo vysoce přesná referenční dutina. Rozlišení této metody měření je také velmi omezené.

3. Jednofrekvenční lasery obvykle používají metodu autoheterodynního záření, která zaznamenává kmit mezi laserovým výstupem a samotným laserem po frekvenčním posunu a zpoždění.

Pokud je šířka vedení několik stovek hertzů, tradiční heterodynní technika není praktická, protože v tomto okamžiku je vyžadována velká délka zpoždění. K jejímu prodloužení lze použít cyklickou vláknovou smyčku a interní vláknový zesilovač.

5. Velmi vysokého rozlišení lze dosáhnout záznamem pulzů dvou nezávislých laserů. V tomto okamžiku je šum referenčního laseru mnohem nižší než šum testovaného laseru.laser, nebo jsou výkonnostní ukazatele obou podobných. Okamžitý frekvenční rozdíl lze získat pomocí fázově vázané smyčky nebo výpočtem založeným na matematických záznamech. Tato metoda je velmi jednoduchá a stabilní, ale vyžaduje další laser (pracující v blízkosti frekvence testovaného laseru). Pokud měřená šířka čáry vyžaduje velmi široký spektrální rozsah, je velmi vhodné použít frekvenční hřeben.

Měření optické frekvence obvykle vyžaduje určitou frekvenční (nebo časovou) referenci v určitém bodě. U laserů s úzkou šířkou čáry je k zajištění dostatečně přesné reference potřeba pouze jedno referenční světlo. Heterodynní technika získává frekvenční referenci aplikací dostatečně dlouhého časového zpoždění ze samotného testovacího zařízení. V ideálním případě se vyhýbá časové koherenci mezi počátečním paprskem a jeho vlastním zpožděným světlem. Proto se obvykle používají dlouhá optická vlákna. Kvůli stabilním fluktuacím a akustickým efektům však mohou dlouhá optická vlákna způsobovat další fázový šum.