Lijnbreedtemeting vansmalle-lijnbreedte laser
De lijnbreedte van een laser met een smalle lijnbreedte, met name die van eenfrequentielaser, verwijst naar de breedte van het laserspectrum (meestal van halfbreedte tot volledige breedte FWHM). Nauwkeuriger gezegd, de breedte van de vermogensspectrale dichtheid van het uitgestraalde elektrische veld wordt uitgedrukt in termen van frequentie, golfgetal of golflengte. De lijnbreedte van de laser is sterk gecorreleerd met de tijd en wordt gekarakteriseerd door de coherentietijd en de coherentielengte. Als de fase een onbegrensde verschuiving ondergaat, genereert de faseruis een lijnbreedte, zoals het geval is bij een vrije oscillator. Fasefluctuaties die beperkt zijn tot een zeer klein fasebereik resulteren in een lijnbreedte van 0 en een ruiszijband. De verschuiving van de resonantieholtelengte draagt ook bij aan de lijnbreedte en maakt deze afhankelijk van het meetmoment. Dit geeft aan dat alleen de lijnbreedte of zelfs de vorm van het spectrum (lijntype) niet alle informatie over de laser kan verschaffen.laserspectrum.
Er kunnen veel technieken worden gebruikt om de te metenlijnbreedte van een laser:
Wanneer de lijnbreedteverhouding groot is (>10 GHz, wanneer er meerdere modusoscillaties zijn in de resonantieholtes van meerdere lasers), kan een traditionele spectrometer met een diffractierooster worden gebruikt voor de meting. Het is echter zeer moeilijk om met deze methode een hoge frequentieresolutie te bereiken.
Een andere benadering is het gebruik van een frequentiediscriminator om frequentieschommelingen om te zetten in intensiteitsschommelingen. De discriminator kan een ongebalanceerde interferometer of een zeer nauwkeurige referentieholte zijn. De resolutie van deze meetmethode is echter ook zeer beperkt.
3. Lasers met één frequentie maken doorgaans gebruik van de zelfheterodyne-methode, waarbij de interferentie tussen de laseroutput en zichzelf wordt geregistreerd na frequentieverschuiving en vertraging.
Bij een lijnbreedte van enkele honderden Hertz is de traditionele heterodyne-techniek niet praktisch, omdat hiervoor een grote vertragingslengte nodig is. Een cyclische vezellus en een interne vezelversterker kunnen worden gebruikt om deze te verlengen.
5. Een zeer hoge resolutie kan worden bereikt door de pulsen van twee onafhankelijke lasers te registreren. In dit geval is de ruis van de referentielaser veel lager dan die van de testlaser.laserOfwel zijn de prestatie-indicatoren van beide vergelijkbaar. Het momentane frequentieverschil kan worden verkregen met behulp van een fasevergrendelingslus of door berekening op basis van wiskundige gegevens. Deze methode is zeer eenvoudig en stabiel, maar vereist een andere laser (die werkt in de buurt van de frequentie van de testlaser). Als de gemeten lijnbreedte een zeer breed spectraalbereik vereist, is het gebruik van een frequentiekam erg handig.
Optische frequentiemetingen vereisen doorgaans een bepaalde frequentie- (of tijds)referentie op een bepaald punt. Voor lasers met een smalle lijnbreedte is slechts één referentielicht nodig voor een voldoende nauwkeurige referentie. De heterodyne-techniek verkrijgt de frequentiereferentie door een voldoende lange tijdsvertraging toe te passen vanuit het testapparaat zelf. Idealiter wordt hiermee tijdscoherentie tussen de oorspronkelijke bundel en het eigen vertraagde licht vermeden. Daarom worden meestal lange optische vezels gebruikt. Door stabiele fluctuaties en akoestische effecten kunnen lange optische vezels echter extra faseruis veroorzaken.
Geplaatst op: 8 december 2025