Kahulugan ng linewidth sa mga laser

Ang linewidth ng isang laser, lalo na ang isang solong dalas na laser, ay tumutukoy sa lapad ng spectrum nito (karaniwang buong lapad sa kalahating maximum, FWHM). Mas tiyak, ito ay ang lapad ng radiated electric field power spectral density, na ipinahayag sa mga tuntunin ng dalas, wavenumber, o haba ng haba. Ang linewidth ng isang laser ay malapit na nauugnay sa temporal na pagkakaugnay at nailalarawan sa pamamagitan ng oras ng pagkakaisa at haba ng pagkakaugnay. Kung ang phase ay sumasailalim sa isang walang batayang paglilipat, ang ingay ng phase ay nag -aambag sa linewidth; Ito ang kaso sa mga libreng oscillator. . Ipinapahiwatig nito na ang linewidth lamang, o kahit na isang kanais -nais na parang multo (lineform), ay hindi maaaring magbigay ng buong impormasyon tungkol sa laser spectrum.

Ii. Pagsukat ng Laser Linewidth

Maraming mga pamamaraan ang maaaring magamit upang masukat ang Laser Linewidth:

1. Kapag ang linewidth ay medyo malaki (> 10 GHz, kapag maraming mga mode ang mag -oscillate sa maraming mga laser resonant cavities), maaari itong masukat gamit ang isang tradisyunal na spectrometer na gumagamit ng isang pagkakaiba -iba ng rehas. Gayunpaman, mahirap makakuha ng mataas na resolusyon ng dalas gamit ang pamamaraang ito.

2. Ang isa pang pamamaraan ay ang paggamit ng isang dalas na diskriminator upang mai -convert ang dalas ng pagbabagu -bago sa pagbabagu -bago ng intensity. Ang diskriminator ay maaaring maging isang hindi balanseng interferometer o isang lukab ng sanggunian na may mataas na katumpakan. Ang pamamaraang pagsukat na ito ay mayroon ding limitadong resolusyon.

3. Ang mga solong dalas na laser ay karaniwang gumagamit ng isang pamamaraan sa self-heterodyne, na nagtatala ng talunin sa pagitan ng output ng laser at ang sariling dalas pagkatapos ng pag-offset at pagkaantala.

4. Para sa mga linewidth ng ilang daang Hertz, ang mga tradisyunal na pamamaraan ng self-heterodyne ay hindi praktikal dahil nangangailangan sila ng isang malaking haba ng pagkaantala. Ang isang cyclic fiber loop at isang built-in na fiber amplifier ay maaaring magamit upang mapalawak ang haba na ito.

5. Ang napakataas na resolusyon ay maaaring makamit sa pamamagitan ng pag -record ng mga beats ng dalawang independiyenteng laser, kung saan ang ingay ng sanggunian na laser ay mas mababa kaysa sa pagsubok ng laser, o ang kanilang mga pagtutukoy sa pagganap ay magkatulad. Ang isang phase-lock loop o pagkalkula ng agarang pagkakaiba ng dalas batay sa mga tala sa matematika ay maaaring magamit. Ang pamamaraang ito ay napaka -simple at matatag, ngunit nangangailangan ng isa pang laser (operating malapit sa dalas ng pagsubok ng laser). Kung ang sinusukat na linewidth ay nangangailangan ng isang malawak na hanay ng multo, ang isang dalas na suklay ay napaka -maginhawa.

Ang mga pagsukat ng optical frequency ay madalas na nangangailangan ng isang tiyak na dalas (o oras) na sanggunian sa ilang mga punto. Para sa mga makitid na linya ng linya, isang solong sanggunian lamang ang kinakailangan upang magbigay ng sapat na tumpak na sanggunian. Ang mga diskarte sa self-heterodyne ay nakakakuha ng isang sanggunian ng dalas sa pamamagitan ng paglalapat ng isang sapat na mahabang oras na pagkaantala sa pag-setup ng pagsubok mismo, na may perpektong pag-iwas sa temporal na pagkakaugnay sa pagitan ng paunang beam at ang sariling naantala na sinag. Samakatuwid, ang mga mahabang optical fibers ay karaniwang ginagamit. Gayunpaman, dahil sa matatag na pagbabagu -bago at acoustic effects, ang mga mahabang hibla ay nagpapakilala ng karagdagang ingay sa phase.

Kapag ang ingay ng dalas ng 1/f ay naroroon, ang linewidth lamang ay hindi maaaring ganap na ilarawan ang error sa phase. Ang isang mas mahusay na diskarte ay upang masukat ang Fourier spectrum ng phase o agarang dalas na pagbabagu -bago at pagkatapos ay kilalanin ito gamit ang power spectral density; Ang mga tagapagpahiwatig ng pagganap ng ingay ay maaaring mai -refer. Ang ingay ng 1/f (o ang ingay na spectrum ng iba pang mababang-dalas na ingay) ay maaaring maging sanhi ng ilang mga problema sa pagsukat.

III. Ang pag -minimize ng laser linewidth

Ang Laser linewidth ay direktang nauugnay sa uri ng laser. Maaari itong mai -minimize sa pamamagitan ng pag -optimize ng disenyo ng laser at pagsugpo sa mga panlabas na impluwensya sa ingay. Ang unang hakbang ay upang matukoy kung ang ingay ng dami o klasikal na ingay ay nangingibabaw, dahil makakaapekto ito sa kasunod na mga sukat.

Kapag ang lakas ng intracavity ay mataas, ang resonant na pagkawala ng lukab ay mababa, at ang resonant cavity round-trip time ay mahaba, ang ingay ng dami (pangunahin ang kusang ingay ng paglabas) ng laser ay may maliit na epekto. Ang klasikal na ingay ay maaaring sanhi ng mekanikal na pagbabagu -bago, na maaaring mapagaan sa pamamagitan ng paggamit ng isang compact, maikling laser resonator. Gayunpaman, ang haba ng pagbabagu -bago ay maaaring magkaroon ng isang mas malakas na epekto sa kahit na mas maiikling resonator. Ang wastong disenyo ng mekanikal ay maaaring mabawasan ang pagkabit sa pagitan ng laser resonator at panlabas na mga radiasyon, at mabawasan din ang mga thermal drift effects. Ang mga pagbabagu -bago ng thermal ay umiiral din sa medium medium, na sanhi ng pagbabagu -bago ng lakas ng bomba. Para sa mas mahusay na pagganap ng ingay, ang iba pang mga aktibong aparato ng pag -stabilize ay kinakailangan, ngunit sa una, ang mga praktikal na pamamaraan ng pasibo ay mas kanais -nais. Ang mga linewidth ng single-frequency solid-state lasers at fiber laser ay nasa 1-2 Hz range, kung minsan kahit na sa ibaba ng 1 kHz. Ang mga aktibong pamamaraan ng pag -stabilize ay maaaring makamit ang mga linewidth sa ibaba ng 1 kHz. Ang mga linewidth ng mga laser diode ay karaniwang nasa saklaw ng MHz, ngunit maaaring mabawasan sa KHz, halimbawa, sa mga panlabas na lukab ng diode laser, lalo na ang mga may optical feedback at mataas na katumpakan na sanggunian.

Iv. Ang mga problema na nagmula sa makitid na linewidth

Sa ilang mga kaso, ang isang makitid na beamwidth mula sa mapagkukunan ng laser ay hindi kinakailangan:

1. Kapag ang haba ng pagkakaugnay ay mahaba, ang mga epekto ng pagkakaugnay (dahil sa mahina na pagmuni -muni ng parasitiko) ay maaaring mag -distort sa hugis ng beam. 1. Sa mga pagpapakita ng projection ng laser, ang mga epekto ng speckle ay maaaring makagambala sa kalidad ng ibabaw.

2. Kapag ang ilaw ay kumakalat sa aktibo o passive optical fibers, ang mga makitid na linewidth ay maaaring maging sanhi ng mga problema dahil sa stimulated brillouin na nagkakalat. Sa ganitong mga kaso, kinakailangan upang madagdagan ang linewidth, halimbawa, sa pamamagitan ng mabilis na pag -iwas sa lumilipas na dalas ng isang laser diode o optical modulator gamit ang kasalukuyang modulation. Ginagamit din ang Linewidth upang ilarawan ang lapad ng mga optical transitions (hal., Mga paglilipat ng laser o ilang mga katangian ng pagsipsip). Sa mga paglilipat ng isang nakatigil na solong atom o ion, ang linewidth ay nauugnay sa buhay ng estado ng itaas na enerhiya (mas tumpak, ang buhay sa pagitan ng mga estado sa itaas at mas mababang enerhiya), at tinatawag na natural linewidth. Ang paggalaw (tingnan ang Doppler Broadening) o pakikipag -ugnay ng mga atoms o ion ay maaaring mapalawak ang linewidth, tulad ng pagpapalawak ng presyon sa mga gas o pakikipag -ugnay sa phonon sa solidong media. Kung ang iba't ibang mga atoms o ion ay apektado nang iba, maaaring hindi magkatulad na pagpapalawak.