狭線幅レーザーの線幅測定

線幅測定狭線幅レーザー

狭線幅レーザー、特に単一周波数レーザーの線幅は、レーザースペクトルの幅（通常は半値幅から全幅（FWHM））を指します。より正確には、放射電界のパワースペクトル密度の幅は、周波数、波数、または波長で表されます。レーザーの線幅は時間と非常に密接な相関関係にあり、コヒーレンス時間とコヒーレンス長によって特徴付けられます。位相が無制限にシフトすると、位相ノイズによって線幅が生成されます。これは自由発振器の場合に当てはまります。非常に狭い位相範囲内に閉じ込められた位相変動は、線幅ゼロとノイズサイドバンドを生成します。共振空洞長のオフセットも線幅に寄与し、測定時間に依存します。これは、線幅、あるいはスペクトルの形状（線種）だけでは、レーザースペクトルに関するすべての情報を提供できないことを示しています。レーザースペクトル.

測定には多くの技術が利用できる。レーザーの線幅:

線幅比が大きい場合（10GHz以上、複数のレーザーの共振空洞内で多重モード振動が発生する場合）、回折格子を用いた従来の分光計で測定できます。この方法では、高い周波数分解能を得るのは非常に困難です。

もう一つのアプローチは、周波数弁別器を用いて周波数変動を強度変動に変換することです。弁別器としては、不平衡干渉計や高精度参照共振器などが用いられます。この測定方法の分解能も非常に限られています。

3. 単一周波数レーザーでは通常、周波数オフセットと遅延後のレーザー出力とレーザー自体の間のビートを記録する自己ヘテロダイン方式が採用されています。

線幅が数百ヘルツの場合、従来のヘテロダイン方式では大きな遅延長が必要となるため実用的ではありません。この遅延長を延長するには、環状光ファイバループと内部光ファイバ増幅器を使用することができます。

5. 2つの独立したレーザーのビートを記録することで、非常に高い分解能を実現できます。このとき、基準レーザーのノイズはテストレーザーのノイズよりもはるかに低くなります。レーザ、または両者の性能指標が類似している場合。瞬間的な周波数差は、位相同期回路を用いるか、数学的記録に基づく計算によって得ることができます。この方法は非常にシンプルで安定していますが、別のレーザー（テストレーザーの周波数付近で動作する）が必要です。測定線幅に非常に広いスペクトル範囲が必要な場合は、周波数コムを使用すると非常に便利です。

光周波数測定には通常、ある時点で特定の周波数（または時間）基準が必要です。狭線幅レーザーの場合、十分に正確な基準を提供するには1つの基準光のみが必要です。ヘテロダイン方式では、試験装置自体から十分に長い時間遅延を適用することで周波数基準を取得します。理想的には、最初のビームとそれ自身の遅延光との間の時間コヒーレンスを回避します。そのため、通常は長い光ファイバが採用されます。しかし、安定した変動と音響効果により、長い光ファイバは位相ノイズを増加させる可能性があります。