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2016年6月16日 (木)

半導体レーザー出力光の波長の長期的・短期的変動

とある日の朝半導体レーザー出力光のスペクトル画像を撮ってみました。
Imgp8466m99d41300580680


ちょっと幅広なのが半導体レーザーの出力光です。今回はネオン管の出力光もいっしょに撮ってあります。ネオン管の600~700nmくらいのところにたくさん輝線も持っておりそれといっしょに写しているわけですから半導体レーザー出力光の波長は0.1nmのオーダーまで求めることができるはずです。

その日の午後撮った画像です。
Imgp8486m109d81325580680


左右のネオン線と比較するとわずかではありますが明らかに波長が変化しています。

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朝撮った画像の分析結果です。
Imgp8466580680

半導体レーザー出力光の波長は656.2nmでした。

午後撮った画像の分析結果です。
Imgp8486580680

こちらは656.7nmになっています。

つまり6時間くらいで0.5nm変化しています。

原因はわかりませんが、おそらく気温の変化が影響しているのでしょう(このときは気温を測っていませんでした)

ネオン線の波長を書き入れるのは面倒なので今回は省力しましたが、波長を書き入れたグラフがナトリウム炎色反応のスペクトル(二つのD線)にあります。また数値データは簡易分光器用 - 輝線・吸収線の波長表(フラウンホーファー線を含む)からダウンロードできるExcelファイルにあります。

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最初の画像の右半分くらいのところを並べてみました。
Imgp846668m99d41300t1000

上下の画像でネオン線の太さ(半値幅)が違いますが、これは分光器の色分解能が違っているためです。1000を超えるような色分解能になるとちょっとしたことに影響され一定の色分解能を維持すること(常に一定の色分解能のスペクトル画像を撮ること)が難しいです。

一方半導体レーザーは上下ほぼ同じ太さ(半値幅)になっています。これは半導体レーザーの輝線は分光器の色分解能の影響で太くなっているのではなくもともとある大きさ(1nm程度)を持っていることを意味しています。

つまり半導体レーザー出力光の波長は数十秒(これは露出時間です)で見たとき1nm程度の変動を持っているとともに数時間のオーダーで見たときそれとは別の変動が起きていることがわかりました。

<=== 吾唯知足 〜 吾が身の丈 身の程 身のこなし〜 - 理科教科書における光スペクトル再定義の必要性(白熱灯・蛍光灯・LEDを理解する)」によれば半導体レーザーの出力はエレクトロルミネッセンスの共鳴増幅であるとのことです。そのため(ネオンの輝線とは違って)幅があるのであって波長が変動しているというのとは違うようです。


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