การวัดความกว้างของเส้นเลเซอร์ที่มีความกว้างเส้นแคบ
ความกว้างของเส้นสเปกตรัมของเลเซอร์ที่มีความกว้างของเส้นสเปกตรัมแคบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเลเซอร์ความถี่เดียว หมายถึงความกว้างของสเปกตรัมของเลเซอร์ (โดยปกติคือความกว้างครึ่งหนึ่งถึงความกว้างเต็ม FWHM) กล่าวโดยละเอียดกว่านั้น ความกว้างของความหนาแน่นสเปกตรัมกำลังของสนามไฟฟ้าที่แผ่รังสีจะแสดงในรูปของความถี่ เลขคลื่น หรือความยาวคลื่น ความกว้างของเส้นสเปกตรัมของเลเซอร์มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับเวลาและมีลักษณะเฉพาะด้วยเวลาการคงสภาพและระยะการคงสภาพ หากเฟสมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไม่จำกัด เฟสนอยส์จะสร้างความกว้างของเส้นสเปกตรัม ซึ่งเป็นกรณีของออสซิลเลเตอร์อิสระ การผันผวนของเฟสที่จำกัดอยู่ในช่วงเฟสที่เล็กมากจะส่งผลให้ความกว้างของเส้นสเปกตรัมเป็น 0 และมีแถบข้างนอยส์บางส่วน การชดเชยความยาวของโพรงเรโซแนนซ์ก็มีส่วนทำให้ความกว้างของเส้นสเปกตรัมขึ้นอยู่กับเวลาในการวัดด้วย สิ่งนี้บ่งชี้ว่าเพียงแค่ความกว้างของเส้นสเปกตรัมหรือแม้แต่รูปร่างของสเปกตรัม (ชนิดของเส้น) ไม่สามารถให้ข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับเลเซอร์ได้สเปกตรัมเลเซอร์.
สามารถนำเทคนิคหลายวิธีมาใช้ในการวัดได้ความกว้างของเส้นสเปกตรัมของเลเซอร์:
เมื่ออัตราส่วนความกว้างของเส้นสเปกตรัมมีค่ามาก (>10GHz ซึ่งหมายถึงมีการสั่นหลายโหมดในโพรงเรโซแนนซ์ของเลเซอร์หลายตัว) สามารถใช้สเปกโทรเมตรแบบดั้งเดิมที่ใช้ตะแกรงเลี้ยวเบนในการวัดได้ แต่การได้ความละเอียดความถี่สูงด้วยวิธีนี้ทำได้ยากมาก
อีกแนวทางหนึ่งคือการใช้ตัวแยกความถี่เพื่อแปลงความผันผวนของความถี่ให้เป็นความผันผวนของความเข้ม ตัวแยกความถี่อาจเป็นอินเตอร์เฟอโรเมตรที่ไม่สมดุลหรือโพรงอ้างอิงที่มีความแม่นยำสูง อย่างไรก็ตาม ความละเอียดของวิธีการวัดนี้ก็มีข้อจำกัดมากเช่นกัน
3. โดยทั่วไปเลเซอร์ความถี่เดียวจะใช้วิธีการเฮเทอโรไดน์ตัวเอง ซึ่งจะบันทึกสัญญาณบีตระหว่างเอาต์พุตของเลเซอร์กับตัวมันเองหลังจากมีการชดเชยความถี่และการหน่วงเวลา
เมื่อความกว้างของเส้นสัญญาณอยู่ที่หลายร้อยเฮิรตซ์ เทคนิคเฮเทอโรไดน์แบบดั้งเดิมจะไม่เหมาะสม เนื่องจากต้องใช้ความยาวหน่วงเวลาที่มาก จึงสามารถใช้ลูปไฟเบอร์แบบวนรอบและเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ภายในเพื่อขยายความกว้างของเส้นสัญญาณได้
5. สามารถบรรลุความละเอียดสูงมากได้โดยการบันทึกจังหวะของเลเซอร์อิสระสองตัว ในขณะนี้ สัญญาณรบกวนของเลเซอร์อ้างอิงจะต่ำกว่าเลเซอร์ทดสอบมากเลเซอร์หรือตัวชี้วัดประสิทธิภาพของทั้งสองคล้ายคลึงกัน ความแตกต่างของความถี่ทันทีสามารถหาได้โดยใช้ลูปเฟสล็อกหรือโดยการคำนวณจากบันทึกทางคณิตศาสตร์ วิธีนี้ง่ายและเสถียรมาก แต่ต้องใช้เลเซอร์อีกตัว (ที่ทำงานใกล้กับความถี่ของเลเซอร์ที่ใช้ทดสอบ) หากความกว้างของเส้นที่วัดได้ต้องการช่วงสเปกตรัมที่กว้างมาก การใช้หวีความถี่จะสะดวกกว่ามาก
การวัดความถี่แสงโดยทั่วไปต้องใช้ความถี่ (หรือเวลา) อ้างอิงที่แน่นอน ณ จุดใดจุดหนึ่ง สำหรับเลเซอร์ที่มีความกว้างของเส้นสเปกตรัมแคบ จะต้องการเพียงแสงอ้างอิงเพียงดวงเดียวเพื่อให้ได้ค่าอ้างอิงที่แม่นยำเพียงพอ เทคนิคเฮเทอโรไดน์ได้ความถี่อ้างอิงโดยการหน่วงเวลาที่นานพอจากอุปกรณ์ทดสอบเอง ในอุดมคติแล้ว จะหลีกเลี่ยงความสอดคล้องของเวลา (time coherence) ระหว่างลำแสงเริ่มต้นและแสงที่หน่วงเวลา ดังนั้นจึงมักใช้ใยแก้วนำแสงที่มีความยาวมาก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความผันผวนที่เสถียรและผลกระทบทางเสียง ใยแก้วนำแสงที่มีความยาวมากอาจทำให้เกิดสัญญาณรบกวนเฟสเพิ่มเติมได้
วันที่โพสต์: 8 ธันวาคม 2025