Dzisiaj wprowadzimy laser „monochromatyczny” laserze wąskim - wąskim szerokościach linii. Jego pojawienie się wypełnia luki w wielu dziedzinach lasera, aw ostatnich latach było szeroko stosowane w wykrywaniu fali grawitacyjnej, LIDAR, rozproszonym wykrywaniu, szybkiej spójnej komunikacji optycznej i innych dziedzinach, która jest „misją”, której nie można ukończyć tylko poprzez ulepszanie energii laserowej.
Co to jest wąski laser linii?
Termin „szerokość linii” odnosi się do szerokości linii widmowej lasera w dziedzinie częstotliwości, która jest zwykle określana ilościowo pod względem pół szczytu pełnej szerokości widma (FWHM). Na szerokość linii wpływa głównie spontaniczne promieniowanie wzbudzonych atomów lub jonów, szum fazowy, wibracje mechaniczne rezonatora, drgawki temperaturowe i inne czynniki zewnętrzne. Im mniejsza wartość szerokości linii, tym wyższa czystość widma, to znaczy lepsza monochromatyczność lasera. Lasery o takich cechach zwykle mają bardzo niewielki szum fazowy lub częstotliwości i bardzo niewielki hałas względnej intensywności. Jednocześnie, im mniejsza wartość szerokości liniowej lasera, tym silniejsza odpowiadająca koherence, która objawia się jako wyjątkowo długą długość spójności.
Realizacja i zastosowanie lasera wąskiego szerokości linii
Ograniczona nieodłączna szerokość linii roboczej substancji lasera, prawie niemożliwe jest bezpośrednie uświadomienie sobie wyjścia lasera wąskiej linii, polegając na samym tradycyjnym oscylatorie. Aby zrealizować działanie lasera wąskiego szerokości linii, zwykle konieczne jest użycie filtrów, siatki i innych urządzeń, aby ograniczyć lub wybrać moduł podłużny w widowcu wzmocnienia, zwiększyć różnicę wzmocnienia netto między trybami podłużnymi, tak że istnieje kilka lub nawet jedna oscylacja trybu podłużnego w rezonansie laserowym. W tym procesie często konieczne jest kontrolowanie wpływu szumu na moc wyjściową lasera i zminimalizować poszerzenie linii widmowych spowodowanych zmianami wibracji i temperatury środowiska zewnętrznego; Jednocześnie można go również połączyć z analizą gęstości widmowej szumu fazowego lub częstotliwości, aby zrozumieć źródło szumu i optymalizować konstrukcję lasera, aby osiągnąć stabilną moc wąskiej linii lasera.
Rzućmy okiem na realizację działalności wąskiej szerokości linii kilku różnych kategorii laserów.
Lasery półprzewodnikowe mają zalety kompaktowej wielkości, wysokiej wydajności, długiej żywotności i korzyści ekonomicznych.
Optyczny rezonator Fabry-Perot (FP) używany w tradycyjnymLasery półprzewodnikówZasadniczo oscyluje w trybie wieloletnim, a szerokość linii wyjściowej jest stosunkowo szeroka, więc konieczne jest zwiększenie optycznego sprzężenia zwrotnego w celu uzyskania wyjściowej szerokości linii.
Rozproszone sprzężenie zwrotne (DFB) i rozproszone odbicie Bragga (DBR) to dwa typowe wewnętrzne lasery półprzewodnikowe. Ze względu na małą selektywność długości fali i dobrą selektywność długości fali łatwo jest osiągnąć stabilne wyjście wąskiej szerokości linii jednoprocentowej. Główną różnicą między dwiema strukturami jest położenie siatki: struktura DFB zwykle rozkłada okresową strukturę siatki Bragga w całym rezonatorze, a rezonator DBR zwykle składa się ze struktury krążenia odbicia, a region wzmocnienia zintegrowany z powierzchnią końcową. Ponadto lasery DFB używają wbudowanych krat z niskim kontrastem współczynnika załamania światła i niskim współczynnikiem współczynnika współczynnika. Lasery DBR wykorzystują kraty powierzchniowe o wysokim kontrastu współczynnika załamania światła i wysokim współczynniku odbicia. Obie struktury mają duży bezpłatny zakres widmowy i mogą wykonywać strojenie długości fali bez skoku trybu w zakresie kilku nanometrów, w których laser DBR ma szerszy zakres tuningu niżLaser DFB. Ponadto technologia sprzężenia zwrotnego optycznego w jamie zewnętrznej, która wykorzystuje zewnętrzne elementy optyczne do sprzężenia zwrotnego wychodzącego światła półprzewodnikowego układu laserowego i wyboru częstotliwości, może również zdawać sobie sprawę z wąskiej szerokości linii lasera półprzewodnika.
(2) Lasery światłowodowe
Lasery światłowodowe mają wysoką wydajność konwersji pompy, dobrą jakość wiązki i wysoką wydajność sprzężenia, które są gorącymi tematami badawczymi w polu laserowym. W kontekście wieku informacyjnym lasery światłowodowe mają dobrą zgodność z obecnymi systemami komunikacji światłowodowej na rynku. Laser światłowodowy z zaletą wąskiej szerokości linii, niskiego hałasu i dobrej koherencji stał się jednym z ważnych kierunków jego rozwoju.
Operacja pojedynczego trybu podłużnego jest rdzeniem lasera światłowodowego w celu uzyskania wąskiej szerokości linii, zwykle zgodnie ze strukturą rezonatora lasera z włókna z pojedynczą częstotliwością można podzielić na typ DFB, typ DBR i typ pierścienia. Wśród nich zasada robocza laserów z włókien pojedynczych częstotliwości DFB i DBR jest podobna do zasady laserów półprzewodników DFB i DBR.
Jak pokazano na rycinie 1, laser światłowodowy DFB to pisanie rozproszonej chwytania Bragga w włóknie. Ponieważ na działającą długość fali oscylatora wpływa okres włókien, tryb podłużny można wybrać poprzez rozproszone sprzężenie zwrotne siatki. Laserowy rezonator lasera DBR jest zwykle tworzony przez parę siatek Bragga z włókien, a pojedynczy tryb podłużny jest wybierany głównie przez wąskie pasmo i niskie współczynnik współczynnika kratę Bragg. Jednak ze względu na długi rezonator, złożoną strukturę i brak skutecznego mechanizmu dyskryminacji częstotliwości, wnęka w kształcie pierścienia jest podatna na przeskakiwanie w trybie i przez długi czas trudno jest pracować w stałych trybach podłużnych.
Ryc. 1, dwie typowe liniowe struktury pojedynczej częstotliwościLasery światłowodowe
Czas po: 27-2023