激光自外差线宽测量

自外差法是一种可用于测量激光器，特别是单频激光器的线宽（光谱宽度）的外差技术。 基本设置如图 1 所示。激光束的一部分通过一根提供一定时间延迟的长光纤发送。

另一部分通过声光调制器 (AOM) 发送，该调制器以恒定频率（通常约为数十兆赫）驱动，并将所有光学频率分量按该频率移动。 两束光束最终叠加在分束器上，并用光电探测器（通常是光电二极管）记录生成的拍音（以声光调制器频率为中心）。 根据该信号，可以计算出激光线宽。

对于足够长的延迟，叠加的光束本质上是不相关的，并且输出光谱变成激光输出光谱的简单自卷积，从中可以轻松地检索激光线宽。 然而，在特定情况下“足够长”意味着什么，可能是一个难题。 通常使用的标准是延迟长度必须大于相干长度，而相干长度是从（测量的）线宽本身得出的。 这对于白频率噪声是正确的，但在具有较高（例如）低频噪声的情况下则不然，例如可能发生的情况。 用于窄线宽光纤激光器。 如果没有完全理解这些问题，测量的线宽值可能是错误的（通常太低）。

自外差设置中的延迟时间可以解释为有限的测量时间，这意味着低于该逆测量时间的噪声频率的影响很小。 其结果是，如果瞬时频率波动表现出很大的噪声，则延迟时间较短的测量会产生较小的线宽值，就像许多激光二极管的情况一样。

对于线宽非常窄（相干长度长）的激光器，具有足够长的时间延迟来获得不相关的光束可能不切实际。 在这种情况下，可以使用较短的延迟，但数据处理必须更加复杂。 另一种可能性是使用该方法的扩展，基于循环光纤环路