Dnes predstavíme „monochromatický“ laser do extrému - úzkym laserom šírky. Jeho vznik vyplní medzery v mnohých aplikačných oblastiach lasera av posledných rokoch sa široko používa pri detekcii gravitačných vĺn, LIDAR, Distributed Sensing, vysokorýchlostnej koherentnej optickej komunikácie a iných oblastiach, čo je „misia“, ktorú nie je možné dokončiť iba zlepšením laserovej sily.
Čo je to laser s úzkym šírkou?
Termín „šírka riadku“ sa vzťahuje na šírku spektrálnej čiary lasera vo frekvenčnej doméne, ktorá sa zvyčajne kvantifikuje z hľadiska plnej šírky spektra v polovici vrcholu (FWHM). Šírka čiary je ovplyvnená hlavne spontánnym žiarením excitovaných atómov alebo iónov, fázovým hlukom, mechanickými vibráciami rezonátora, teplotným jitterom a ďalšími vonkajšími faktormi. Čím menšia je hodnota šírky čiary, tým vyššia je čistota spektra, to znamená, tým lepšia je monochromaticita lasera. Lasery s takýmito charakteristikami majú zvyčajne veľmi malý fázový alebo frekvenčný šum a veľmi malý šum relatívnej intenzity. Zároveň, čím menšia je hodnota lineárnej šírky lasera, tým silnejšia je zodpovedajúca koherencia, ktorá sa prejavuje ako extrémne dlhá dĺžka koherencie.
Realizácia a uplatňovanie úzkeho lasera šírky
Obmedzené vlastnou šírkou lineárnej šírky zárobkovej látky lasera je takmer nemožné priamo realizovať výstup lasera úzkeho šírky šírky línie tým, že sa spolieha na samotný tradičný oscilátor. Aby sa realizovala prevádzka laseru s úzkym šírkou šírky, je zvyčajne potrebné používať filtre, mriežku a iné zariadenia na obmedzenie alebo výber pozdĺžneho modulu v spektre zisku, zvýšiť rozdiel medzi laserovými režimami medzi pozdĺžnymi režimami, takže existuje niekoľko alebo dokonca iba jeden oscilácia pozdĺžneho režimu v laserovom rezonátore. V tomto procese je často potrebné kontrolovať vplyv hluku na laserový výstup a minimalizovať rozšírenie spektrálnych vedení spôsobených zmenami vibrácií a teploty vonkajšieho prostredia; Zároveň sa môže kombinovať aj s analýzou fázovej alebo frekvenčnej hustoty šumu, aby sa pochopil zdroj šumu a optimalizoval návrh lasera, aby sa dosiahol stabilný výstup lasera s úzkym šírkou čiary.
Pozrime sa na realizáciu prevádzky v niekoľkých rôznych kategóriách laserov.
Polovodičové lasery majú výhody kompaktnej veľkosti, vysokej účinnosti, dlhého života a ekonomických výhod.
Optický rezonátor Fabry-Perot (FP) používaný v tradičnompolovodičové laseryVšeobecne osciluje vo viacdielnom režime a šírka výstupnej čiary je relatívne široká, takže je potrebné zvýšiť optickú spätnú väzbu, aby sa dosiahol výstup úzkej šírky čiary.
Distribuovaná spätná väzba (DFB) a distribuované Bragg Reflection (DBR) sú dva typické interné optické pripomienky polovodičové lasery. Vzhľadom na malú mriežkovú tónu a selektivitu s dobrou vlnovou dĺžkou je ľahké dosiahnuť stabilný jednosmerný výstup úzkych šírky čiar. Hlavný rozdiel medzi týmito dvoma štruktúrami je poloha mriežky: štruktúra DFB zvyčajne distribuuje periodickú štruktúru Braggovej mriežky v celom rezonátore a rezonátor DBR sa zvyčajne skladá zo štruktúry odrazovej mriežky a oblasti zisku integrovanej do koncového povrchu. DFB lasery navyše používajú vložené mriežky s nízkym kontrastom indexu lomu a nízkou odrazivosťou. DBR lasery používajú povrchové mriežky s vysokým kontrastom indexu lomu a vysokou odraznosťou. Obe štruktúry majú veľký voľný spektrálny rozsah a dokážu vykonávať ladenie vlnovej dĺžky bez skoku režimu v rozsahu niekoľkých nanometrov, kde laser DBR má širší rozsah ladenia akoLaser DFB. Okrem toho technológia optickej spätnej väzby z externej dutiny, ktorá využíva externé optické prvky na spätnú väzbu odchádzajúceho svetla polovodičového laserového čipu a výber frekvencie, môže tiež realizovať úzku šírku šírky čiary polovodičového lasera.
(2) vláknité lasery
Vláknové lasery majú vysokú účinnosť konverzie pumpy, dobrú kvalitu lúča a vysokú účinnosť spojenia, ktoré sú horúcimi výskumnými témami v laserovom poli. V kontexte informačného veku majú vláknité lasery dobrú kompatibilitu so súčasnými komunikačnými systémami optických vlákien na trhu. Jednofrekvenčný laser vlákien s výhodami úzkej šírky čiary, nízkych hluku a dobrého koherencie sa stal jedným z dôležitých smerov jeho vývoja.
Prevádzka s jedným pozdĺžnym režimom je jadrom vláknového lasera na dosiahnutie úzkeho výstupu šírky čiary, zvyčajne podľa štruktúry rezonátora jednofrekvenčných vláknových laseru je možné rozdeliť na typ DFB, typ DBR a typ krúžku. Medzi nimi je pracovný princíp laserov DFB a DBR jednofrekvenčných vlákien podobný princípu DFB a DBR polovodičových laserov.
Ako je znázornené na obrázku 1, DFB vláknitý laser je písať distribuovanú Braggovu mriežku do vlákna. Pretože pracovná vlnová dĺžka oscilátora je ovplyvnená obdobím vlákna, dlhodobý režim je možné zvoliť prostredníctvom distribuovanej spätnej väzby mriežky. Laserový rezonátor DBR laseru je zvyčajne tvorený párom vlákien Bragg mriežky a jediný pozdĺžny režim je vybraný hlavne z úzkeho pásma a nízkych odrazivých vlákien. Avšak kvôli svojmu dlhému rezonátora, zložitej štruktúre a nedostatku efektívneho mechanizmu diskriminácie frekvencie je dutina v tvare krúžku náchylná na režimové poskakovanie a je ťažké dlho pracovať v konštantnom pozdĺžnom režime.
Obrázok 1, dve typické lineárne štruktúry s jednou frekvencioulasery
Čas príspevku: november-27-2023