قياس عرض الخط لـليزر ذو عرض خط ضيق
يشير عرض خط الليزر ذي العرض الخطي الضيق، وخاصةً ليزرات التردد الواحد، إلى عرض طيف الليزر (عادةً ما يتراوح بين نصف العرض إلى العرض الكامل عند نصف الارتفاع). وبشكل أدق، يُعبَّر عن عرض كثافة القدرة الطيفية للمجال الكهربائي المُشع بدلالة التردد أو العدد الموجي أو الطول الموجي. يرتبط عرض خط الليزر ارتباطًا وثيقًا بالزمن، ويتسم بزمن التماسك وطول التماسك. إذا طرأ انزياح غير محدود على الطور، فإن ضوضاء الطور تُولِّد عرض خط، كما هو الحال مع المذبذب الحر. أما تقلبات الطور المحصورة ضمن نطاق طور صغير جدًا فتؤدي إلى عرض خط يساوي صفرًا وظهور نطاق جانبي للضوضاء. كما يُسهم انحراف طول تجويف الرنين في عرض الخط، مما يجعله معتمدًا على زمن القياس. وهذا يُشير إلى أن عرض الخط وحده، أو حتى شكل الطيف (نوع الخط)، لا يُمكنهما توفير جميع المعلومات حول...طيف الليزر.
يمكن اعتماد العديد من التقنيات لقياسعرض خط الليزر:
عندما تكون نسبة عرض الخط كبيرة (>10 جيجاهرتز، عند وجود تذبذبات متعددة الأنماط في تجاويف الرنين لعدة ليزرات)، يمكن استخدام مطياف تقليدي يعتمد على محزز حيود للقياس. لكن من الصعب جدًا الحصول على دقة تردد عالية باستخدام هذه الطريقة.
ثمة نهج آخر يتمثل في استخدام مُفَرِّق التردد لتحويل تقلبات التردد إلى تقلبات في الشدة. يمكن أن يكون هذا المُفَرِّق مقياس تداخل غير متوازن أو تجويف مرجعي عالي الدقة. إلا أن دقة هذه الطريقة القياسية محدودة للغاية.
3. تستخدم الليزرات أحادية التردد عادةً طريقة التغاير الذاتي، والتي تسجل الخفقان بين خرج الليزر ونفسه بعد إزاحة التردد والتأخير.
عندما يصل عرض الخط إلى عدة مئات من الهرتز، تصبح تقنية التغاير التقليدية غير عملية لأنها تتطلب طول تأخير كبير. ويمكن استخدام حلقة ألياف دورية ومضخم ألياف داخلي لتمديده.
5. يمكن تحقيق دقة عالية جدًا عن طريق تسجيل نبضات ليزرين مستقلين. في هذه الحالة، يكون مستوى الضوضاء في الليزر المرجعي أقل بكثير من مستوى الضوضاء في الليزر قيد الاختبار.ليزرأو أن مؤشرات أداء الجهازين متشابهة. يمكن الحصول على فرق التردد اللحظي باستخدام حلقة قفل الطور أو من خلال حسابات رياضية. هذه الطريقة بسيطة ومستقرة للغاية، لكنها تتطلب ليزرًا آخر (يعمل بتردد قريب من تردد ليزر الاختبار). إذا كان عرض الخط المقاس يتطلب نطاقًا طيفيًا واسعًا جدًا، فمن الأنسب استخدام مشط التردد.
يتطلب قياس التردد البصري عادةً مرجعًا تردديًا (أو زمنيًا) محددًا عند نقطة معينة. بالنسبة لليزر ذي عرض الخط الطيفي الضيق، يكفي ضوء مرجعي واحد لتوفير مرجع دقيق بما فيه الكفاية. تحصل تقنية التغاير على المرجع الترددي بتطبيق تأخير زمني كافٍ من جهاز الاختبار نفسه. من الناحية المثالية، تتجنب هذه التقنية التزامن الزمني بين الشعاع الأولي والضوء المتأخر الخاص به. لذلك، تُستخدم عادةً ألياف بصرية طويلة. مع ذلك، ونظرًا للتقلبات المستقرة والتأثيرات الصوتية، قد تُسبب الألياف البصرية الطويلة ضوضاء طورية إضافية.
تاريخ النشر: 8 ديسمبر 2025