좁은 선폭 레이저의 선폭 측정

선폭 측정좁은 선폭 레이저

좁은 선폭을 갖는 레이저, 특히 단일 주파수 레이저의 선폭은 레이저 스펙트럼의 폭(일반적으로 반폭 대 전폭, FWHM)을 의미합니다. 더 정확하게는, 방출된 전기장의 전력 스펙트럼 밀도의 폭을 주파수, 파수 또는 파장으로 표현한 것입니다. 레이저의 선폭은 시간에 매우 밀접한 상관관계를 가지며, 결맞음 시간과 결맞음 길이로 특징지어집니다. 위상이 무한히 변하는 경우, 위상 잡음이 선폭을 발생시키는데, 이는 자유 발진기의 경우에 해당합니다. 위상 변동이 매우 작은 위상 범위 내에 국한되면 선폭이 0이 되고 잡음 측파대가 발생합니다. 공진기 길이의 오프셋 또한 선폭에 영향을 미치며 측정 시간에 따라 달라집니다. 따라서 선폭이나 스펙트럼의 모양(선 유형)만으로는 레이저에 대한 모든 정보를 제공할 수 없습니다.레이저 스펙트럼.

측정을 위해 다양한 기법을 사용할 수 있습니다.레이저의 선폭:

선폭 비율이 클 때(>10GHz, 여러 레이저의 공진기에서 다중 모드 진동이 발생하는 경우), 회절 격자를 사용하는 기존 분광기를 이용하여 측정할 수 있습니다. 그러나 이 방법으로는 높은 주파수 분해능을 얻기가 매우 어렵습니다.

또 다른 방법은 주파수 판별기를 사용하여 주파수 변동을 강도 변동으로 변환하는 것입니다. 판별기는 불균형 간섭계 또는 고정밀 기준 공진기일 수 있습니다. 하지만 이 측정 방법의 해상도 또한 매우 제한적입니다.

3. 단일 주파수 레이저는 일반적으로 자체 헤테로다인 방식을 사용하는데, 이 방식은 주파수 오프셋 및 지연 후 레이저 출력과 자체 출력 간의 비트를 기록합니다.

회선 폭이 수백 헤르츠에 달할 경우, 기존의 헤테로다인 방식은 큰 지연 길이가 필요하기 때문에 실용적이지 않습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 순환 광섬유 루프와 내부 광섬유 증폭기를 사용하여 지연 길이를 연장할 수 있습니다.

5. 두 개의 독립적인 레이저의 비트를 기록하면 매우 높은 해상도를 얻을 수 있습니다. 이때 기준 레이저의 노이즈는 테스트 레이저의 노이즈보다 훨씬 낮습니다.원자 램프두 레이저의 성능 지표가 유사한 경우에도 마찬가지입니다. 순간 주파수 차이는 위상 고정 루프(PLL)를 사용하거나 수학적 기록에 기반한 계산을 통해 얻을 수 있습니다. 이 방법은 매우 간단하고 안정적이지만, 테스트 레이저와 주파수가 비슷한 다른 레이저가 필요합니다. 측정된 선폭이 매우 넓은 스펙트럼 범위를 요구하는 경우에는 주파수 콤을 사용하는 것이 매우 편리합니다.

광 주파수 측정에는 일반적으로 특정 시점의 주파수(또는 시간) 기준값이 필요합니다. 좁은 선폭의 레이저의 경우, 충분히 정확한 기준값을 제공하기 위해 하나의 기준광만 필요합니다. 헤테로다인 방식은 측정 장치 자체에서 충분히 긴 시간 지연을 적용하여 주파수 기준값을 얻습니다. 이상적으로는 초기 빔과 자체 지연광 사이의 시간적 결맞음을 방지해야 합니다. 따라서 일반적으로 긴 광섬유가 사용됩니다. 그러나 긴 광섬유는 안정적인 변동과 음향 효과로 인해 추가적인 위상 잡음을 유발할 수 있습니다.