Lerro-zabaleraren definizioa Laseretan

Laser baten lerro-zabalera, batez ere maiztasun bakarreko laserra, bere espektroaren zabalerari egiten dio erreferentzia (normalean zabalera osoa gehienezko erdian, FWHM). Zehatzago esanda, irradiatutako eremu elektrikoaren potentzia dentsitate espektralaren zabalera da, maiztasun, uhin-zenbaki edo uhin-luzeraren arabera adierazita. Laser baten lerro zabalera denbora-koherentziarekin oso lotuta dago eta koherentzia-denbora eta koherentzia-luzera ditu ezaugarri. Faseak mugarik gabeko desplazamendu bat jasaten badu, fase-zaratak lerro-zabalerari laguntzen dio; hau da osziladore askeen kasua. (Oso fase-tarte txiki batera mugatutako faseen gorabeherak zero lerro-zabalera eta zarata albo-banda batzuk sortzen dituzte.) Erresonantzia-barrunbearen luzeraren aldaketek ere laguntzen dute lerro-zabalera eta neurketa-denboraren menpe bihurtzen dute. Horrek adierazten du lerro-zabalerak bakarrik, edo forma espektral desiragarri batek (lerro-forma) ezin duela eman laser espektroari buruzko informazio osoa.

II. Laser lerro-zabalera neurtzea

Laser lerro-zabalera neurtzeko teknika asko erabil daitezke:

1. Lerro-zabalera nahiko handia denean (>10 GHz, hainbat moduk oszilatzen dutenean laser-barrunbe erresonante anitzetan), difrakzio-sare bat erabiltzen duen espektrometro tradizional baten bidez neur daiteke. Hala ere, zaila da metodo hau erabiliz maiztasun handiko bereizmena lortzea.

2. Beste metodo bat maiztasun-diskriminatzaile bat erabiltzea da maiztasun-gorabeherak intentsitate-gorabehera bihurtzeko. Diskriminatzailea interferometro desorekatu bat edo doitasun handiko erreferentzia-barrunbe bat izan daiteke. Neurketa metodo honek ere bereizmen mugatua du.

3. Frekuentzia bakarreko laserrek normalean auto-heterodino metodo bat erabiltzen dute, desplazamenduaren eta atzerapenaren ondoren laser irteeraren eta bere frekuentziaren arteko taupadak erregistratzen dituena.

4. Zenbait hertz-eko lerro-zabaleretarako, ohiko auto-heterodina teknikak ez dira praktikoak, atzerapen luzera handia behar dutelako. Luzera hori luzatzeko zuntz ziklikoen begizta eta zuntz-anplifikadore integratua erabil daitezke.

5. Bereizmen oso altua lor daiteke bi laser independenteren taupadak grabatuz, non erreferentzia-laseraren zarata proba-laserarena baino askoz txikiagoa den, edo haien errendimendu-zehaztapenak antzekoak diren. Fase-blokeatutako begizta edo erregistro matematikoetan oinarritutako berehalako maiztasun-diferentziaren kalkulua erabil daiteke. Metodo hau oso sinplea eta egonkorra da, baina beste laser bat behar du (probako laserren maiztasunetik gertu funtzionatzen duena). Neurtutako lerro-zabalerak espektro-eremu zabala eskatzen badu, maiztasun-orrazia oso erosoa da.

Maiztasun optikoko neurketak maiztasun (edo denbora) erreferentzia zehatz bat eskatzen du uneren batean. Lerro zabalerako laserretarako, erreferentzia-izpi bakarra behar da erreferentzia nahikoa zehatza emateko. Auto-heterodino-teknikek maiztasun-erreferentzia bat lortzen dute, proba-konfigurazioari berari denbora-atzerapen nahiko luzea aplikatuz, hasierako izpiaren eta bere atzerapenaren arteko denbora-koherentzia saihestuz. Horregatik, normalean zuntz optiko luzeak erabiltzen dira. Hala ere, gorabehera egonkorrak eta efektu akustikoak direla eta, zuntz luzeek fase-zarata gehigarria sartzen dute.

1/f maiztasun zarata dagoenean, linea-zabalera bakarrik ezin da fase-errorea guztiz deskribatu. Planteamendu hobea da fasearen edo bat-bateko maiztasunaren gorabeheren Fourier espektroa neurtzea eta gero ezaugarritzea potentzia-dentsitate espektralaren bidez; zarata-errendimenduaren adierazleak erreferentzia egin daitezke. 1/f zaratak (edo maiztasun baxuko beste zarata batzuen zarata-espektroak) neurketa-arazo batzuk sor ditzake.

III. Laser lerro-zabalera gutxitzea

Laser lerro-zabalera zuzenean lotuta dago laser motarekin. Laser diseinua optimizatuz eta kanpoko zarataren eraginak kenduz minimizatu daiteke. Lehenengo pausoa zarata kuantikoa edo zarata klasikoa nagusi den zehaztea da, honek ondorengo neurketetan eragina izango baitu.

Barrunbe barruko potentzia handia denean, erresonantzia-barrunbearen galera txikia da eta erresonantzia-barrunbearen joan-etorriaren denbora luzea da, laserren zarata kuantikoak (batez ere berezko igorpen-zarata) eragin txikia du. Zarata klasikoa gorabehera mekanikoek eragin dezakete, laser erresonatzaile trinko eta labur bat erabiliz arindu daitezkeenak. Hala ere, luzera-gorabeherak batzuetan eragin handiagoa izan dezake erresonatzaile are laburragoetan. Diseinu mekaniko egokiak laser erresonagailuaren eta kanpoko erradiazioen arteko akoplamendua murrizten du eta, gainera, desbideratze termikoaren efektuak minimiza ditzake. Irabazi-erdian ere fluktuazio termikoak daude, ponparen potentziaren gorabeherak eragindakoak. Zarataren errendimendu hobea lortzeko, egonkortze aktiboko beste gailu batzuk behar dira, baina hasieran, metodo pasibo praktikoak hobetsi dira. Maiztasun bakarreko egoera solidoko laserren eta zuntz laserren lerro-zabalerak 1-2 Hz bitartekoak dira, batzuetan 1 kHz-tik beherakoak ere. Egonkortze-metodo aktiboak 1 kHz-tik beherako linea-zabalerak lor ditzakete. Laser diodoen lerro-zabalerak normalean MHz bitartekoak dira, baina kHz-ra murriztu daitezke, adibidez, kanpoko barrunbeko diodoen laserretan, batez ere feedback optikoa eta doitasun handiko erreferentzia-barrunbeak dituztenetan.

IV. Lerro zabalera estuetatik sortutako arazoak

Zenbait kasutan, ez da beharrezkoa laser iturburutik habe zabalera oso estua:

1. Koherentziaren luzera luzea denean, koherentzia-efektuek (islapen parasito ahulen ondorioz) habearen forma desitxuratu dezakete. 1. Laser proiekzio pantailetan, speckle efektuek gainazaleko kalitatea oztopatu dezakete.

2. Argia zuntz optiko aktibo edo pasiboetan hedatzen denean, lerro-zabalera estuek arazoak sor ditzakete Brillouin-en sakabanaketa estimulatuaren ondorioz. Kasu horietan, beharrezkoa da lerro-zabalera handitzea, adibidez, laser diodo edo modulatzaile optiko baten maiztasun iragankorra azkar dithering korronte modulazioa erabiliz. Lerro-zabalera trantsizio optikoen zabalera deskribatzeko ere erabiltzen da (adibidez, laser-trantsizioak edo xurgapen-ezaugarri batzuk). Geldiko atomo edo ioi bakar baten trantsizioetan, lerro-zabalera goiko energia-egoeraren (zehatzago esanda, goiko eta beheko energia-egoeren arteko bizi-denborarekin) erlazionatuta dago eta lerro-zabalera naturala deitzen zaio. Atomoen edo ioien higidurak (ikus Doppler zabaltzea) edo elkarreraginak lerro-zabalera zabal dezake, hala nola, presioaren hedapena gasetan edo fonoien elkarrekintzak medio solidoetan. Atomo edo ioi ezberdinek modu ezberdinean eragiten badute, zabaltze ez-uniformea ​​gerta daiteke.