מדידת רוחב קו של לייזר בעל רוחב קו צר

מדידת רוחב הקו שללייזר ברוחב קו צר

רוחב הקו של לייזר בעל רוחב קו צר, במיוחד זה של לייזרים בתדר יחיד, מתייחס לרוחב ספקטרום הלייזר (בדרך כלל FWHM מחצי רוחב עד רוחב מלא). ליתר דיוק, רוחב צפיפות ההספק הספקטרלית של השדה החשמלי המוקרן מתבטא במונחים של תדר, מספר גל או אורך גל. רוחב הקו של הלייזר קשור מאוד לזמן והוא מאופיין בזמן קוהרנטיות ובאורך קוהרנטיות. אם הפאזה עוברת הסטה בלתי מוגבלת, אז רעש הפאזה מייצר רוחב קו, וזה המקרה עם מתנד חופשי. תנודות פאזה המוגבלות בטווח פאזה קטן מאוד גורמות ל-0 רוחבי קו ולפס צד של רעש מסוים. ההיסט של אורך חלל התהודה תורם גם הוא לרוחב הקו והופך אותו לתלוי בזמן המדידה. זה מצביע על כך שרוחב הקו או אפילו צורת הספקטרום (סוג הקו) בלבד אינם יכולים לספק את כל המידע על...ספקטרום לייזר.

ניתן לאמץ טכניקות רבות כדי למדוד אתרוחב קו של לייזר:

כאשר יחס רוחב הקו גדול (מעל 10GHz, כאשר ישנן תנודות מרובות מצבים בחללי התהודה של לייזרים מרובים), ניתן להשתמש בספקטרומטר מסורתי המשתמש בסריג דיפרקציה למדידה. קשה מאוד להשיג רזולוציה בתדר גבוה באמצעות שיטה זו.

גישה נוספת היא שימוש במבחין תדרים כדי להמיר תנודות תדר לתנודות עוצמה. המבחין יכול להיות אינטרפרומטר לא מאוזן או חלל ייחוס מדויק. הרזולוציה של שיטת מדידה זו מוגבלת מאוד גם כן.

3. לייזרים בתדר יחיד משתמשים בדרך כלל בשיטת ההטרודין העצמי, אשר רושמת את הפעימה בין פלט הלייזר לבין עצמו לאחר קיזוז תדר ועיכוב.

כאשר רוחב הקו הוא כמה מאות הרץ, טכניקת ההטרודיין המסורתית אינה מעשית מכיוון שנדרש אורך השהייה גדול בשלב זה. ניתן להשתמש בלולאת סיבים מחזורית ובמגבר סיבים פנימי כדי להאריך אותה.

5. ניתן להשיג רזולוציה גבוהה מאוד על ידי הקלטת פעימות של שני לייזרים בלתי תלויים. בשלב זה, רעש לייזר הייחוס נמוך בהרבה מזה של הלייזר הנבדק.לייזר, או שמדדי הביצועים של השניים דומים. ניתן להשיג את הפרש התדרים המיידי באמצעות לולאה נעולה פאזה או באמצעות חישוב המבוסס על רישומים מתמטיים. שיטה זו פשוטה ויציבה מאוד, אך היא דורשת לייזר נוסף (הפועל קרוב לתדר של לייזר הבדיקה). אם רוחב הקו הנמדד דורש טווח ספקטרלי רחב מאוד, נוח מאוד להשתמש במסרק תדרים.

מדידת תדר אופטי דורשת בדרך כלל ייחוס תדר (או זמן) מסוים בנקודה מסוימת. עבור לייזר בעל רוחב קו צר, נדרש אור ייחוס אחד בלבד כדי לספק ייחוס מדויק מספיק. טכניקת ההטרודיין משיגה את ייחוס התדר על ידי יישום השהיית זמן ארוכה מספיק ממכשיר הבדיקה עצמו. באופן אידיאלי, היא נמנעת מקוהרנטיות בזמן בין הקרן הראשונית לאור המעוכב שלה. לכן, בדרך כלל משתמשים בסיבים אופטיים ארוכים. עם זאת, עקב תנודות יציבות ואפקטים אקוסטיים, סיבים אופטיים ארוכים עלולים לגרום לרעש פאזה נוסף.