Medición del ancho de línea del láser de ancho de línea estrecho

Medición del ancho de línea deláser de ancho de línea estrecho

El ancho de línea de un láser de ancho de línea estrecho, especialmente el de los láseres de frecuencia única, se refiere al ancho del espectro láser (generalmente de medio ancho a ancho completo FWHM). Más precisamente, el ancho de la densidad espectral de potencia del campo eléctrico radiado se expresa en términos de frecuencia, número de onda o longitud de onda. El ancho de línea del láser tiene una correlación muy estrecha con el tiempo y se caracteriza por el tiempo y la longitud de coherencia. Si la fase sufre un desplazamiento ilimitado, el ruido de fase genera un ancho de línea, como ocurre con un oscilador libre. Las fluctuaciones de fase confinadas dentro de un rango de fase muy pequeño resultan en anchos de línea cero y cierta banda lateral de ruido. El desplazamiento de la longitud de la cavidad resonante también contribuye al ancho de línea y lo hace dependiente del tiempo de medición. Esto indica que el ancho de línea o incluso la forma del espectro (tipo de línea) por sí solos no pueden proporcionar toda la información sobreespectro láser.

Se pueden adoptar muchas técnicas para medir laancho de línea de un láser:

Cuando la relación de ancho de línea es grande (>10 GHz, cuando existen oscilaciones multimodo en las cavidades resonantes de múltiples láseres), se puede utilizar un espectrómetro tradicional con rejilla de difracción para la medición. Es muy difícil obtener una alta resolución de frecuencia con este método.

Otro enfoque consiste en utilizar un discriminador de frecuencia para convertir las fluctuaciones de frecuencia en fluctuaciones de intensidad. El discriminador puede ser un interferómetro desbalanceado o una cavidad de referencia de alta precisión. La resolución de este método de medición también es muy limitada.

3. Los láseres de frecuencia única generalmente emplean el método autoheterodino, que registra el ritmo entre la salida del láser y él mismo después del desplazamiento y el retraso de frecuencia.

Cuando el ancho de línea es de varios cientos de hercios, la técnica heterodina tradicional no es práctica, ya que se requiere un retardo elevado. Se puede utilizar un bucle de fibra cíclico y un amplificador de fibra interno para extenderlo.

5. Se puede lograr una resolución muy alta registrando las pulsaciones de dos láseres independientes. En este caso, el ruido del láser de referencia es mucho menor que el del láser de prueba.láser, o los indicadores de rendimiento de ambos son similares. La diferencia de frecuencia instantánea se puede obtener mediante un bucle de enganche de fase o mediante un cálculo basado en registros matemáticos. Este método es muy simple y estable, pero requiere otro láser (que opere cerca de la frecuencia del láser de prueba). Si el ancho de línea medido requiere un rango espectral muy amplio, resulta muy conveniente utilizar un peine de frecuencia.

La medición de frecuencia óptica suele requerir una referencia de frecuencia (o tiempo) en algún momento. Para láseres de ancho de línea estrecho, solo se necesita una luz de referencia para proporcionar una referencia suficientemente precisa. La técnica heterodina obtiene la referencia de frecuencia aplicando un retardo de tiempo suficientemente largo desde el propio dispositivo de prueba. Idealmente, evita la coherencia temporal entre el haz inicial y su propia luz retardada. Por lo tanto, se suelen utilizar fibras ópticas largas. Sin embargo, debido a las fluctuaciones estables y los efectos acústicos, las fibras ópticas largas pueden causar ruido de fase adicional.