Misurazione della larghezza della linea dilaser a larghezza di riga ridotta
La larghezza di riga di un laser a larghezza di riga stretta, in particolare quella di un laser a frequenza singola, 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 riga 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 riga, come nel caso di un oscillatore libero. Le fluttuazioni di fase confinate entro un intervallo di fase molto piccolo si traducono in larghezze di riga pari a 0 e in una banda laterale di rumore. Anche l'offset della lunghezza della cavità risonante contribuisce alla larghezza di riga e la rende dipendente dal tempo di misurazione. Ciò indica che la sola larghezza di riga o persino la forma dello spettro (tipo di riga) non possono fornire tutte le informazioni sullaspettro laser.
Molte tecniche possono essere adottate per misurare illarghezza di linea di un laser:
Quando il rapporto di larghezza di riga è elevato (>10 GHz, quando sono presenti oscillazioni multimodali nelle cavità risonanti di più laser), è possibile utilizzare uno spettrometro tradizionale con reticolo di diffrazione per la misurazione. Con questo metodo è molto difficile ottenere un'elevata risoluzione in frequenza.
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 misurazione è molto limitata.
3. I laser a frequenza singola utilizzano in genere il metodo autoeterodina, che registra il battimento tra l'uscita del laser e se stesso dopo uno scostamento di frequenza e un ritardo.
Quando la larghezza di banda è di diverse centinaia di Hertz, la tecnica eterodina tradizionale non è pratica perché richiede un ritardo considerevole. Per estenderlo, si possono utilizzare un anello di fibra ciclico e un amplificatore di fibra interno.
5. È possibile ottenere una risoluzione molto elevata registrando i battiti di due laser indipendenti. In questo caso, il rumore del laser di riferimento è molto inferiore a quello del test.laseroppure gli indicatori di prestazione dei due sono simili. La differenza di frequenza istantanea può essere ottenuta utilizzando un circuito ad anello a fase agganciata (PLL) o tramite calcoli basati su dati matematici. Questo metodo è molto semplice e stabile, ma richiede un altro laser (che operi vicino alla frequenza del laser di prova). Se la larghezza di riga misurata richiede un intervallo spettrale molto ampio, è molto conveniente utilizzare un pettine di frequenza.
La misurazione della frequenza ottica richiede in genere un riferimento di frequenza (o di tempo) in un determinato punto. Per i laser a larghezza di riga stretta, è sufficiente una sola luce di riferimento per ottenere un riferimento sufficientemente preciso. La tecnica eterodina ottiene il riferimento di frequenza applicando un ritardo temporale sufficientemente lungo dal dispositivo di prova stesso. Idealmente, si evita la coerenza temporale tra il fascio iniziale e la propria luce ritardata. Pertanto, si utilizzano 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: 8 dicembre 2025