Odborné znalosti

Měření úzké šířky čáry pro laserovou diodu

2021-03-13
Ačkoli spektrum i spektrum jsou elektromagnetická spektra, analytické metody a testovací nástroje spektra a spektra jsou zcela odlišné kvůli rozdílu ve frekvenci. Některé problémy je obtížné vyřešit v optické oblasti, ale je jednodušší je vyřešit frekvenčním převodem na elektrickou oblast.
Například spektrometr využívající skenovací difrakční mřížku jako frekvenčně selektivní filtr je v současnosti nejrozšířenější v komerčních spektrometrech. Jeho snímací rozsah vlnové délky je široký (1 mikron) a dynamický rozsah je velký (více než 60 dB). Rozlišení vlnové délky je však omezeno na přibližně tucet pikometrů (>1 GHz). Pomocí takového spektrometru není možné přímo měřit spektrum laseru s šířkou čáry megahertz. V současné době jsou DFB a DBR nemožné. Šířka čáry polovodičových laserů je v řádu 10 MHz a šířka čáry vláknových laserů může být nižší než řádově kilohertz pomocí technologie externí dutiny. Je velmi obtížné dále zlepšit šířku pásma rozlišení spektrometrů a realizovat spektrální analýzu laserů s extrémně úzkou šířkou čáry. Tento problém však lze snadno vyřešit optickým heterodynem.
V současné době mají společnosti Agilent i R&S spektrografy s šířkou pásma rozlišení 10 Hz. Spektrografy v reálném čase mohou také zlepšit rozlišení na 0,1 MHz. Teoreticky může být optická heterodynová technologie použita k řešení problému měření a analýzy milihertzových laserových spekter šířky čáry. Je zhodnocena historie vývoje technologie optické heterodynové spektroskopické analýzy, ať už se jedná o dvoupaprskovou optickou heterodynní metodu nebo jednopaprskovou optickou heterodynní metodu pro DFB lasery. Časově zpožděná bílá heterodynová metoda laděných laserů a přesné měření úzké šířky spektrální čáry jsou realizovány spektrální analýzou. Spektrum optické domény je přesunuto do středofrekvenční domény, kterou lze snadno zpracovat pomocí optické heterodynové technologie. Rozlišení spektrálního analyzátoru elektrické domény může snadno dosáhnout řádu kilohertzů nebo dokonce hertzů. U vysokofrekvenčního spektrálního analyzátoru dosáhlo nejvyšší rozlišení 0,1 mHz, takže je snadné jej vyřešit. Měření a analýza laserové spektroskopie s úzkou šířkou čáry, což je problém, který nelze vyřešit přímou spektrální analýzou, výrazně zlepšuje přesnost spektrální analýzy.
Aplikace laserů s úzkou šířkou čáry:
1. Optický vláknový senzor pro ropné potrubí;
2. Akustické senzory a hydrofony;
3. Lidar, měření vzdálenosti a dálkového průzkumu Země;
4. Koherentní optická komunikace;
5. Laserová spektroskopie a měření atmosférické absorpce;
6. Laserový zdroj semen.