Medição da largura de linha de laser de largura de linha estreita

medição da largura da linha delaser de largura de linha estreita

A largura de linha de um laser de linha estreita, especialmente de lasers de frequência única, refere-se à largura do espectro do laser (geralmente da largura à meia altura até a largura total à meia altura). Mais precisamente, a largura da densidade espectral de potência do campo elétrico irradiado é expressa em termos de frequência, número de onda ou comprimento de onda. A largura de linha do laser tem uma correlação muito próxima com o tempo e é caracterizada pelo tempo de coerência e pelo comprimento de coerência. Se a fase sofrer uma mudança ilimitada, o ruído de fase gera uma largura de linha, o que ocorre com um oscilador livre. Flutuações de fase confinadas a uma faixa de fase muito pequena resultam em larguras de linha iguais a zero e alguma banda lateral de ruído. O deslocamento do comprimento da cavidade ressonante também contribui para a largura de linha e a torna dependente do tempo de medição. Isso indica que apenas a largura de linha ou mesmo o formato do espectro (tipo de linha) não podem fornecer todas as informações sobre o laser.espectro do laser.

Muitas técnicas podem ser adotadas para medir olargura de linha de um laser:

Quando a relação de largura de linha é grande (>10 GHz, quando há oscilações de múltiplos modos nas cavidades ressonantes de múltiplos lasers), um espectrômetro tradicional usando uma grade de difração pode ser usado para medição. É muito difícil obter alta resolução de frequência usando esse método.

Outra abordagem consiste em usar um discriminador de frequência para converter flutuações de frequência em flutuações de intensidade. O discriminador pode ser um interferômetro desbalanceado ou uma cavidade de referência de alta precisão. A resolução desse método de medição também é muito limitada.

3. Os lasers de frequência única normalmente empregam o método auto-heteródino, que registra a batida entre a saída do laser e ele próprio após um deslocamento e atraso de frequência.

Quando a largura da linha é de várias centenas de Hertz, a técnica heterodina tradicional não é prática, pois exige um grande comprimento de atraso. Um laço de fibra cíclico e um amplificador de fibra interno podem ser usados ​​para estendê-lo.

5. Uma resolução muito alta pode ser alcançada gravando os pulsos de dois lasers independentes. Nesse caso, o ruído do laser de referência é muito menor do que o do laser de teste.laserOu seja, os indicadores de desempenho dos dois são semelhantes. A diferença de frequência instantânea pode ser obtida usando um circuito de travamento de fase (PLL) ou por meio de cálculos baseados em registros matemáticos. Este método é muito simples e estável, mas requer outro laser (operando próximo à frequência do laser de teste). Se a largura de linha medida exigir uma faixa espectral muito ampla, é muito conveniente usar um pente de frequências.

A medição de frequência óptica geralmente requer uma referência de frequência (ou tempo) em algum ponto. Para lasers de linha espectral estreita, apenas uma luz de referência é necessária para fornecer uma referência suficientemente precisa. A técnica heterodina obtém a referência de frequência aplicando um atraso temporal suficientemente longo a partir do próprio dispositivo de teste. Idealmente, isso evita a coerência temporal entre o feixe inicial e sua própria luz atrasada. Portanto, fibras ópticas longas são geralmente utilizadas. No entanto, devido a flutuações estáveis ​​e efeitos acústicos, fibras ópticas longas podem causar ruído de fase adicional.