レーザー線幅・帯域幅計算

レーザー線幅とは、中心周波数の周りに広がるレーザー光スペクトルの幅です。完全な単色光源なら周波数は一つだけですが、実際のレーザーには自然放出、共振器の揺らぎ、技術的雑音、温度ドリフト、測定時間に起因する有限のスペクトル幅があります。この計算ツールは標準的な狭帯域の関係式を使い、周波数線幅を波長帯域幅、コヒーレンス時間、コヒーレンス長、中心周波数、光学的な品質係数に結び付けます。 中心周波数は光速を中心波長で割った値です。線幅が光の搬送周波数より十分小さい場合、波長帯域幅は波長の二乗に周波数線幅を掛け、光速で割った値で近似できます。この非常に小さな幅はピコメートルで表示されます。一般的なレーザーの線幅は数百テラヘルツの搬送周波数より何桁も小さいため、この近似は非常に高精度です。 ローレンツ型スペクトルでは、一次の電場コヒーレンスが指数関数的に減衰します。よく使われるコヒーレンス時間は、pi と周波数の半値全幅の積の逆数です。この時間に真空中の光速を掛けるとコヒーレンス長が得られます。文献によっては pi を省略したり、ガウス型スペクトル、半幅の定義、物質中の伝搬を用いたりします。定義によって数値係数が変わるため、値だけでなく定義も比較してください。 光学的な品質係数は中心周波数を周波数線幅で割った値です。狭線幅レーザーは品質係数が高くコヒーレンス長も長いため、干渉計測、コヒーレント通信、精密計測、分光、周波数標準、センシングに適しています。スペクトル幅の広い光源はコヒーレンスが短く、干渉アーティファクトやスペックルを抑えたい場合に適することがあります。 用途に合った時間スケールで測定された線幅を使用してください。高速で測った固有線幅は、ドリフトや音響・電気雑音を含む長時間観測より大幅に狭く見える場合があります。波長帯域幅の換算は真空波長を前提としており、媒質中では屈折率と分散も重要です。このツールは計画や比較に使える、一貫した理想化スペクトル量を示します。完全なシステム解析では、スペクトル線形、測定帯域幅、環境安定性に加え、線幅が瞬時値、積分値、または測定器の分解能に制限された値なのかを明確にする必要があります。