Calculadora de ancho de línea y de banda láser

El ancho de línea láser es la anchura del espectro óptico de un láser alrededor de su frecuencia central. Una fuente perfectamente monocromática ocuparía una sola frecuencia, pero todo láser real tiene un ancho espectral finito debido a la emisión espontánea, las fluctuaciones de la cavidad, el ruido técnico, la deriva térmica y el tiempo de medición. Esta calculadora relaciona el ancho de línea en frecuencia con el ancho de banda en longitud de onda, el tiempo y la longitud de coherencia, la frecuencia central y el factor de calidad óptico mediante relaciones estándar de banda estrecha. La frecuencia central es la velocidad de la luz dividida por la longitud de onda central. Si el ancho de línea es mucho menor que la frecuencia portadora óptica, el ancho de banda en longitud de onda es aproximadamente el cuadrado de la longitud de onda multiplicado por el ancho de línea en frecuencia y dividido por la velocidad de la luz. La calculadora muestra esta anchura tan pequeña en picómetros. La aproximación es excelente para los láseres habituales, cuyo ancho de línea suele ser muchos órdenes de magnitud inferior a su frecuencia portadora de cientos de terahercios. En un espectro lorentziano, la coherencia de primer orden del campo decae exponencialmente. Una definición habitual del tiempo de coherencia es el inverso del producto de pi por el ancho total a media altura de la línea en frecuencia. Al multiplicar ese tiempo por la velocidad de la luz en el vacío se obtiene la longitud de coherencia. Algunas referencias omiten pi, usan un perfil gaussiano, definen un semiancho o consideran la propagación dentro de un material. Estas convenciones producen factores numéricos distintos, por lo que conviene comparar las definiciones además de los valores. El factor de calidad óptico es la frecuencia central dividida por el ancho de línea en frecuencia. Un láser de línea estrecha tiene un factor de calidad alto y una longitud de coherencia larga, lo que resulta útil en interferometría, comunicaciones coherentes, metrología de precisión, espectroscopia, patrones de frecuencia y detección. Las fuentes más anchas tienen menor coherencia y pueden ser preferibles para reducir artefactos de interferencia o moteado. Usa un ancho de línea medido en la escala temporal pertinente para la aplicación. Las mediciones rápidas del ancho intrínseco pueden parecer mucho más estrechas que las observaciones prolongadas que incluyen deriva y ruido acústico o eléctrico. La conversión a ancho de banda también supone una longitud de onda en el vacío; dentro de un medio importan el índice de refracción y la dispersión. Esta calculadora ofrece un conjunto coherente de magnitudes espectrales idealizadas para planificar y comparar. Un análisis completo debe identificar el perfil espectral, el ancho de banda de medición, la estabilidad ambiental y si el ancho indicado es instantáneo, integrado o limitado por el instrumento.