Misurazione della larghezza della linea dilaser a larghezza di linea stretta
La larghezza di linea di un laser a larghezza di linea stretta, in particolare quella dei laser a singola frequenza, si riferisce alla larghezza dello spettro laser (solitamente da metà larghezza a larghezza intera FWHM). Più precisamente, la larghezza della densità spettrale di potenza del campo elettrico irradiato è espressa in termini di frequenza, numero d'onda o lunghezza d'onda. La larghezza di linea del laser ha una correlazione molto stretta con il tempo ed è caratterizzata dal tempo di coerenza e dalla lunghezza di coerenza. Se la fase subisce uno spostamento illimitato, il rumore di fase genera una larghezza di linea, come nel caso di un oscillatore libero. Le fluttuazioni di fase confinate entro un intervallo di fase molto piccolo danno luogo a larghezze di linea pari a 0 e a una banda laterale di rumore. Anche l'offset della lunghezza della cavità risonante contribuisce alla larghezza di linea e la rende dipendente dal tempo di misura. Ciò indica che la sola larghezza di linea o persino la forma dello spettro (tipo di linea) non possono fornire tutte le informazioni sull'spettro laser.
Molte tecniche possono essere adottate per misurare lalarghezza di linea di un laser:
Quando il rapporto di larghezza di linea è elevato (>10 GHz, in presenza di oscillazioni multimodali nelle cavità risonanti di più laser), è possibile utilizzare per la misurazione uno spettrometro tradizionale con reticolo di diffrazione. È molto difficile ottenere una risoluzione ad alta frequenza utilizzando questo metodo.
Un altro approccio consiste nell'utilizzare un discriminatore di frequenza per convertire le fluttuazioni di frequenza in fluttuazioni di intensità. Il discriminatore può essere un interferometro sbilanciato o una cavità di riferimento ad alta precisione. Anche la risoluzione di questo metodo di misura è molto limitata.
3. I laser a frequenza singola utilizzano in genere il metodo autoeterodina, che registra il battito tra l'uscita laser e se stesso dopo l'offset e il ritardo della frequenza.
Quando la larghezza della linea è di diverse centinaia di Hertz, la tecnica eterodina tradizionale non è praticabile perché in questo caso è richiesta una lunghezza di ritardo elevata. Per estenderla, è possibile utilizzare un loop in fibra ciclica e un amplificatore interno in fibra.
5. È possibile ottenere una risoluzione molto elevata registrando i battimenti di due laser indipendenti. In questo caso, il rumore del laser di riferimento è molto più basso di quello del laser di prova.laser, oppure gli indicatori di prestazione dei due sono simili. La differenza di frequenza istantanea può essere ottenuta utilizzando un anello ad aggancio di fase o tramite calcoli basati su registrazioni matematiche. Questo metodo è molto semplice e stabile, ma richiede un altro laser (che operi a una frequenza prossima a quella del laser di prova). Se la larghezza della linea misurata richiede un intervallo spettrale molto ampio, è molto comodo utilizzare un pettine di frequenza.
La misurazione della frequenza ottica richiede solitamente un certo riferimento di frequenza (o di tempo) a un certo punto. Per i laser a larghezza di linea stretta, è necessaria una sola luce di riferimento per fornire un riferimento sufficientemente accurato. La tecnica eterodina ottiene il riferimento di frequenza applicando un ritardo sufficientemente lungo dal dispositivo di prova stesso. Idealmente, evita la coerenza temporale tra il fascio iniziale e la sua luce ritardata. Pertanto, si adottano solitamente fibre ottiche lunghe. Tuttavia, a causa delle fluttuazioni stabili e degli effetti acustici, le fibre ottiche lunghe possono causare rumore di fase aggiuntivo.
Data di pubblicazione: 08-12-2025