Medición del ancho de línea de un 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 del láser (generalmente de la mitad del ancho al 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 de coherencia y la longitud de coherencia. Si la fase sufre un desplazamiento no acotado, entonces el ruido de fase genera un ancho de línea, como es el caso de un oscilador libre. Las fluctuaciones de fase confinadas dentro de un rango de fase muy pequeño dan como resultado anchos de línea de 0 y alguna 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 solo el ancho de línea o incluso la forma del espectro (tipo de línea) no pueden proporcionar toda la información sobre elespectro 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 de múltiples modos en las cavidades resonantes de varios láseres), se puede utilizar un espectrómetro tradicional con una red de difracción para la medición. Sin embargo, es muy difícil obtener una alta resolución de frecuencia con este método.

Otro método consiste en utilizar un discriminador de frecuencia para convertir las fluctuaciones de frecuencia en fluctuaciones de intensidad. El discriminador puede ser un interferómetro desequilibrado 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 suelen emplear el método de autoheterodino, que registra la pulsación entre la salida del láser y sí misma después de un desfase de frecuencia y un retardo.

Cuando el ancho de línea es de varios cientos de hercios, la técnica heterodina tradicional no resulta práctica, ya que requiere una gran longitud de retardo. Para extenderla, se puede utilizar un bucle de fibra cíclico y un amplificador de fibra interno.

5. Se puede lograr una resolución muy alta registrando los pulsos de dos láseres independientes. En este caso, el ruido del láser de referencia es mucho menor que el del láser de prueba.lásero bien 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 cálculos basados ​​en registros matemáticos. Este método es muy sencillo 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 frecuencias.

La medición de frecuencia óptica generalmente requiere una referencia de frecuencia (o tiempo) en algún punto. Para láseres de ancho de línea estrecho, basta con una sola luz de referencia para obtener 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 generar ruido de fase adicional.