狭帯域レーザーとは,コヒーレンス長が長いレーザー,すなわちスペクトル線幅が狭いレーザーを指すものとする.これに対してレーザー周波数の長期および絶対的な安定度の向上に関しては,周波数標準(19・3参照)において取り上げるものとする.長いコヒーレンス長を持つレーザーは干渉計測において必要となり, また原子・分子やイオンの高分解能分光には狭いスペクトル線幅を持つレーザーが必要とされる.このような高いコヒーレンスを持ったレーザー光源の実現方法について解説する.

19・2・1 レーザー光のコヒーレンスとスペクトル形状

まずレーザー光のコヒーレンスと周波数雑音およびスペクトル形状との関係を以下に簡単に説明する.

レーザー光の電場がE(t)=E0exp[-iω0t-iφN(t)]と与えられるものとする.ω0は中心(角)周波数,φN(t)は位相雑音を表す.このレーザー電場の自己相関関数(コヒーレンス関数),

式19・6

を考えると,レーザー光電場のパワースペクトル密度とはフーリエ変換の関係にある19)

式19・7

このレーザー電場の自己相関関数は,図19・11に示すようなマイケルソン干渉計の干渉信号より得ることができる.ここで,ビームスプリッタのパワー反射率を50%とし,干渉計の二つのアーム長の差ΔLより遅延時間τ=2ΔL/cが与えられるものとする.このとき光強度は,

式19・8

となる.この光強度の最大値および最小値Imax,Iminより,干渉縞のビジビリティ(鮮明度)を求めると,

式19・9

と与えられる.このビジビリティより,コヒーレンス時間先τcohはV(τcoh)=1/eと定義され,またコヒーレンス長はLcoh=ctcohと求められる.

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