Rechner für Laser-Linienbreite und Bandbreite

Die Laser-Linienbreite ist die Breite des optischen Laserspektrums um seine Mittenfrequenz. Eine vollkommen monochromatische Quelle würde nur eine Frequenz belegen. Jeder reale Laser besitzt jedoch eine endliche spektrale Breite, bedingt durch spontane Emission, Resonatorschwankungen, technisches Rauschen, Temperaturdrift und Messdauer. Dieser Rechner verknüpft die Frequenzlinienbreite über übliche Schmalbandbeziehungen mit Wellenlängenbandbreite, Kohärenzzeit, Kohärenzlänge, Mittenfrequenz und optischem Gütefaktor. Die Mittenfrequenz ist die Lichtgeschwindigkeit geteilt durch die Mittenwellenlänge. Ist die Linienbreite deutlich kleiner als die optische Trägerfrequenz, entspricht die Wellenlängenbandbreite näherungsweise dem Quadrat der Wellenlänge, multipliziert mit der Frequenzlinienbreite und geteilt durch die Lichtgeschwindigkeit. Der Rechner zeigt diese sehr kleine Breite in Pikometern an. Bei üblichen Lasern ist die Näherung ausgezeichnet, da ihre Linienbreite meist viele Größenordnungen unter der Trägerfrequenz von Hunderten Terahertz liegt. Bei einem Lorentz-Spektrum fällt die Feldkohärenz erster Ordnung exponentiell ab. Eine gängige Kohärenzzeit ist der Kehrwert aus pi mal voller Frequenzlinienbreite bei halbem Maximum. Multipliziert mit der Vakuumlichtgeschwindigkeit ergibt sich die Kohärenzlänge. Andere Quellen lassen pi weg, verwenden ein Gauß-Profil, definieren eine Halbbreite oder berücksichtigen die Ausbreitung in einem Material. Dadurch entstehen unterschiedliche Zahlenfaktoren. Vergleichen Sie deshalb stets auch die Definitionen. Der optische Gütefaktor ist die Mittenfrequenz geteilt durch die Frequenzlinienbreite. Ein schmalbandiger Laser hat einen hohen Gütefaktor und eine große Kohärenzlänge. Das ist für Interferometrie, kohärente Kommunikation, Präzisionsmesstechnik, Spektroskopie, Frequenznormale und Sensorik nützlich. Breitbandigere Quellen besitzen eine kürzere Kohärenz und können vorteilhaft sein, wenn Interferenzartefakte oder Speckle verringert werden sollen. Verwenden Sie eine Linienbreite, die auf der für die Anwendung relevanten Zeitskala gemessen wurde. Schnelle Messungen der intrinsischen Linienbreite können deutlich schmaler ausfallen als lange Beobachtungen mit Drift sowie akustischem oder elektrischem Rauschen. Die Umrechnung der Wellenlängenbandbreite setzt außerdem die Vakuumwellenlänge voraus; in Medien spielen Brechungsindex und Dispersion eine Rolle. Der Rechner liefert konsistente, idealisierte Spektralgrößen für Planung und Vergleich. Eine vollständige Systemanalyse muss Linienform, Messbandbreite, Umgebungsstabilität und die Frage berücksichtigen, ob die angegebene Linienbreite momentan, integriert oder instrumentenbegrenzt ist.