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があり、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です。非常に小さな位相範囲内に閉じ込められた位相変動は、線幅が0になり、ノイズサイドバンドが生じます。共振器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、線幅だけ、あるいはスペクトルの形状（線種）だけでも、レーザーに関するすべての情報を提供することはできないことを示しています。レーザースペクトル.

測定には多くの手法が採用できる。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器内で複数のモード発振が発生する場合）、回折格子を用いた従来型の分光器で測定を行うことができる。しかし、この方法では高い周波数分解能を得ることは非常に困難である。

別の方法として、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方法がある。弁別器としては、アンバランス干渉計や高精度基準共振器などが用いられる。ただし、この測定方法の分解能も非常に限られている。

3. 単一周波数レーザーは通常、自己ヘテロダイン方式を採用しており、周波数オフセットと遅延後のレーザー出力と自身の間のビートを記録します。

線幅が数百ヘルツの場合、大きな遅延時間が必要となるため、従来のヘテロダイン方式は実用的ではありません。遅延時間を延長するために、サイクリックファイバーループと内部ファイバーアンプを使用できます。

5. 2つの独立したレーザーのビートを記録することで、非常に高い解像度が得られます。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。レーザあるいは、両者の性能指標が類似している。瞬時周波数差は、位相同期ループを使用するか、数学的記録に基づく計算によって得られる。この方法は非常にシンプルで安定しているが、別のレーザー（テストレーザーの周波数に近い周波数で動作するもの）が必要となる。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ある。

光周波数測定では、通常、ある時点で特定の周波数（または時間）基準が必要となります。狭線幅レーザーの場合、十分な精度の基準を得るために必要な基準光は1つだけです。ヘテロダイン方式では、測定対象装置自体から十分な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、初期ビームと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ーが用いられます。しかし、安定変動や音響効果により、長い光ファイバーは追加の位相ノイズを引き起こす可能性があります。