Đo độ rộng vạch phổ của laser có độ rộng vạch phổ hẹp

Đo độ rộng đường kẻ củalaser có độ rộng vạch hẹp

Độ rộng vạch phổ của laser có độ rộng vạch phổ hẹp, đặc biệt là laser đơn tần, đề cập đến độ rộng của phổ laser (thường là từ nửa độ rộng đến toàn độ rộng FWHM). Chính xác hơn, độ rộng của mật độ phổ công suất của trường điện bức xạ được biểu thị theo tần số, số sóng hoặc bước sóng. Độ rộng vạch phổ của laser có mối tương quan rất chặt chẽ với thời gian và được đặc trưng bởi thời gian kết hợp và độ dài kết hợp. Nếu pha dịch chuyển không giới hạn, thì nhiễu pha sẽ tạo ra độ rộng vạch phổ, điều này xảy ra với một bộ dao động tự do. Sự dao động pha giới hạn trong một phạm vi pha rất nhỏ dẫn đến độ rộng vạch phổ bằng 0 và một số dải nhiễu phụ. Độ lệch của chiều dài khoang cộng hưởng cũng góp phần vào độ rộng vạch phổ và làm cho nó phụ thuộc vào thời gian đo. Điều này cho thấy rằng chỉ riêng độ rộng vạch phổ hoặc thậm chí hình dạng của phổ (loại vạch) không thể cung cấp tất cả thông tin về...quang phổ laser.

Có thể áp dụng nhiều kỹ thuật khác nhau để đo lườngđộ rộng vạch phổ của tia laser:

Khi tỷ lệ độ rộng vạch phổ lớn (>10GHz, khi có nhiều dao động đa chế độ trong các khoang cộng hưởng của nhiều laser), có thể sử dụng máy quang phổ truyền thống sử dụng cách tử nhiễu xạ để đo. Tuy nhiên, rất khó để đạt được độ phân giải tần số cao bằng phương pháp này.

Một phương pháp khác là sử dụng bộ phân biệt tần số để chuyển đổi các dao động tần số thành dao động cường độ. Bộ phân biệt có thể là một giao thoa kế không cân bằng hoặc một khoang tham chiếu có độ chính xác cao. Độ phân giải của phương pháp đo này cũng rất hạn chế.

3. Các laser đơn tần thường sử dụng phương pháp tự giao thoa, ghi lại tín hiệu giao thoa giữa tín hiệu đầu ra của laser và chính nó sau khi bù tần số và độ trễ.

Khi độ rộng vạch phổ lên đến vài trăm Hertz, kỹ thuật heterodyne truyền thống không còn hiệu quả vì cần một độ trễ lớn. Có thể sử dụng vòng lặp sợi quang khép kín và bộ khuếch đại sợi quang bên trong để mở rộng độ rộng này.

5. Có thể đạt được độ phân giải rất cao bằng cách ghi lại xung nhịp của hai laser độc lập. Lúc này, nhiễu của laser tham chiếu thấp hơn nhiều so với laser thử nghiệm.tia laserHoặc các chỉ số hiệu suất của cả hai tương tự nhau. Sự khác biệt tần số tức thời có thể thu được bằng cách sử dụng vòng khóa pha hoặc thông qua tính toán dựa trên các bản ghi toán học. Phương pháp này rất đơn giản và ổn định, nhưng nó yêu cầu một laser khác (hoạt động gần tần số của laser thử nghiệm). Nếu độ rộng vạch đo yêu cầu dải phổ rất rộng, thì việc sử dụng lược tần số sẽ rất thuận tiện.

Việc đo tần số quang học thường yêu cầu một tần số (hoặc thời gian) tham chiếu nhất định tại một thời điểm nào đó. Đối với laser có độ rộng vạch phổ hẹp, chỉ cần một ánh sáng tham chiếu là đủ để cung cấp một tín hiệu tham chiếu chính xác. Kỹ thuật giao thoa thu được tín hiệu tham chiếu tần số bằng cách áp dụng độ trễ thời gian đủ dài từ chính thiết bị đo. Lý tưởng nhất, nó tránh được sự kết hợp thời gian giữa chùm tia ban đầu và ánh sáng bị trễ của chính nó. Do đó, các sợi quang dài thường được sử dụng. Tuy nhiên, do sự dao động ổn định và hiệu ứng âm thanh, các sợi quang dài có thể gây ra nhiễu pha bổ sung.