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I. 定義
激光器的線寬，尤其是單頻激光器的線寬，是指其光譜的寬度（通常用半峰全寬，FWHM 表示）。更準確地說，它是輻射電場功率譜密度的寬度，可以用頻率、波數或波長來表示。激光器的線寬與時間相干性密切相關，并由相干時間和相干長度表征。如果相位發生無限偏移，相位噪聲就會對線寬產生影響；自由振蕩器就屬于這種情況。（相位波動如果局限于非常小的相位區間，則會產生零線寬和一些噪聲邊帶。）諧振腔長度的變化也會影響線寬，并使其與測量時間相關。這表明，僅憑線寬，甚至理想的光譜形狀（線型），都無法提供關于激光光譜的全部信息。
II.激光線寬測量
測量激光線寬的方法有很多：
1. 當線寬較大時（>10 GHz，當多個模式在多個激光諧振腔中振蕩時），可以使用采用衍射光柵的傳統光譜儀進行測量。然而，這種方法難以獲得高頻率分辨率。
2. 另一種方法是使用頻率鑒別器將頻率波動轉換為強度波動。鑒別器可以是非平衡干涉儀或高精度參考腔。這種測量方法的分辨率也有限。
3. 單頻激光器通常采用自外差法，該方法記錄激光輸出頻率與其自身頻率在偏移和延遲后的拍頻。
4. 對于幾百赫茲的線寬，傳統的自外差法由于需要較大的延遲長度而難以應用。可以使用循環光纖環路和內置光纖放大器來延長延遲長度。
5. 通過記錄兩個獨立激光器的拍頻，可以實現極高的分辨率。其中，參考激光器的噪聲遠低于被測激光器，或者它們的性能指標相近。可以使用鎖相環或基于數學記錄計算瞬時頻率差的方法。這種方法非常簡單穩定，但需要另一個激光器（工作頻率接近被測激光器）。如果測量的線寬需要寬光譜范圍，則頻率梳非常方便。
光頻測量通常需要在某個點上提供特定的頻率（或時間）參考。對于窄線寬激光器，只需一束參考光束即可提供足夠精確的參考。自外差技術通過在測試裝置本身上施加足夠長的時間延遲來獲得頻率參考，理想情況下，應避免初始光束與其自身延遲光束之間的時間相干性。因此，通常使用長光纖。然而，由于穩定的波動和聲學效應，長光纖會引入額外的相位噪聲。
當存在 1/f 頻率噪聲時，僅憑線寬無法完全描述相位誤差。更好的方法是測量相位或瞬時頻率波動的傅里葉頻譜，然后使用功率譜密度對其進行表征；可以參考噪聲性能指標。1/f噪聲（或其他低頻噪聲的噪聲頻譜）可能會導致一些測量問題。
III. 最小化激光線寬
激光線寬與激光器類型直接相關。可以通過優化激光器設計和抑制外部噪聲影響來最小化激光線寬。第一步是確定量子噪聲還是經典噪聲占主導地位，因為這將影響后續測量。
當腔內功率高、諧振腔損耗低且諧振腔往返時間長時，激光器的量子噪聲（主要是自發輻射噪聲）影響較小。經典噪聲可能由機械波動引起，可以通過使用緊湊、短的激光諧振腔來減輕。然而，長度波動有時在更短的諧振腔中也會產生更強的影響。合理的機械設計可以降低激光諧振腔與外部輻射的耦合，并最大限度地減少熱漂移效應。增益介質中也存在由泵浦功率波動引起的熱波動。為了獲得更好的噪聲性能，需要其他主動穩壓裝置，但初期階段，實用的被動穩壓方法更為可取。單頻固態激光器和光纖激光器的線寬通常在 1-2 Hz 范圍內，有時甚至低于 1 kHz。主動穩壓方法可以實現低于 1 kHz 的線寬。激光二極管的線寬通常在 MHz 范圍內，但可以降低到 kHz 級別，例如在外腔二極管激光器中，特別是那些具有光反饋和高精度的激光器。
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