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。



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。



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。


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。


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。


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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参考
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　　　　- 光害除去フィルター（3）透過特性の観察（2016/03/05）
　　　　- 光害除去フィルター（４）－脱線（簡易分光器の直線性）（2016/03/18）」

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　　「国立天文台岡山天体物理観測所 - ☆スペクトル物語☆～デジタルアトラス～」
　　「原子スペクトルの観察と波長の測定 - リュードベリ定数の測定及び原子のエネルギー準位」
　　「資源エネルギー庁 - 太陽エネルギーの基礎知識」
　　「岩崎電気 - ランプ光源情報」
　　「ライトエッジ - 放電ランプ - メタルハライドランプ」

　　国立天文台編 「理科年表 第88冊」 丸善出版、2014