Ширина линии лазерного излучения

Ширина линии лазера – характеристика когерентности лазерного источника. Определяется как величина, обратная времени когерентности (т.е. времени задержки, соответствующей временному интервалу фазовой стабильности лазера).
Существуют разные методы измерения ширины линии: гомодинный (в интерферометре используется одна частота света) и гетеродинный (используются две частоты света). Рассмотрим подробнее гетеродинный метод. Данный метод основан на задержке, введенной между плечами интерферометра. Задержки классифицируются на короткие и длинные (по сравнению со временем когерентности).
Суть этого метода заключается в следующем: используют интерферометр Маха-Цендера, в одном плече размещают акустооптический модулятор, а в другом – оптическое волокно, обеспечивающее некоторую задержку во времени, на эти два направления делится входной лазерный луч. После попадания на АОМ все компоненты оптической частоты сдвигаются на несущую частоту АОМ. Впоследствии два луча накладываются на светоделитель, и результирующая нота биений (центрированная на частоте AOM) записывается с помощью фотоприемника (обычно фотодиода). Из этого сигнала можно рассчитать ширину линии лазера.
Критерий для использования этого метода состоит в том, что длина задержки должна быть больше, чем длина когерентности. Для лазеров с очень узкой шириной линии (большой длиной когерентности), может быть, нецелесообразно иметь достаточно большую задержку по времени для получения некоррелированных лучей. В этом случае могут использоваться более короткие задержки, но обработка данных должна быть существенно более сложной. Другая возможность - использовать расширение этого метода, основанное на рециркуляционных волоконных петлях.

 Данный метод аналогичен предыдущему, но не требует акустооптического модулятора. Также фазовый шум виден непосредственно на анализаторе спектра.

Плюсы и минусы

Для лазера с довольно большой шириной линии, профилем, подчиняющимся распределению Лоренца и низким RIN (низкочастотный шум относительной интенсивности), метод с большой задержкой является хорошим выбором, поскольку его легко настроить, а результаты достаточно просто интерпретировать.
 

Для лазеров с узкой шириной линии требуемая задержка может стать очень большой (сотни километров), и поглощение в волокне становится ограниченным (особенно для длин волн, отличных от телекоммуникационных). Более того, лазер с узкой шириной линии часто имеет сложную форму линии (например, профиль Фойгта вместо Лоренца), и интерпретация спектра мощности становится сложной. В этом случае использование техники короткой задержки, вероятно, будет полезнее.