Laserová technológia s úzkou šírkou čiary, druhá časť

Laserová technológia s úzkou šírkou čiary, druhá časť

(3)Pevný laser

V roku 1960 bol prvým rubínovým laserom na svete pevnolátkový laser, ktorý sa vyznačoval vysokou výstupnou energiou a širším pokrytím vlnovej dĺžky. Jedinečná priestorová štruktúra pevnolátkového lasera ho robí flexibilnejším pri navrhovaní výstupu s úzkou šírkou čiary. V súčasnosti medzi hlavné implementované metódy patrí metóda krátkej dutiny, metóda jednosmernej prstencovej dutiny, štandardná vnútrokavitová metóda, dutinová metóda torzného kyvadla, metóda objemovej Braggovej mriežky a metóda vstrekovania semien.

Obrázok 7 ukazuje štruktúru niekoľkých typických laserov v tuhom stave s jedným pozdĺžnym vidom.

Obrázok 7(a) zobrazuje pracovný princíp výberu jedného pozdĺžneho režimu na základe štandardu FP v dutine, to znamená, že úzke spektrum prenosu šírky čiary štandardu sa používa na zvýšenie straty iných pozdĺžnych režimov, takže iné pozdĺžne režimy sú odfiltrované v procese súťaže v režime kvôli ich malej priepustnosti, aby sa dosiahla prevádzka v jednom pozdĺžnom režime. Okrem toho, určitý rozsah výstupu ladenia vlnovej dĺžky možno získať ovládaním uhla a teploty štandardu FP a zmenou intervalu pozdĺžneho režimu. Obr. 7(b) a (c) znázorňujú nerovinný prstencový oscilátor (NPRO) a metódu dutiny torzného kyvadla použitého na získanie výstupu s jedným pozdĺžnym režimom. Pracovným princípom je, aby sa lúč šíril v rezonátore v jednom smere, účinne eliminoval nerovnomerné priestorové rozloženie počtu obrátených častíc v bežnej dutine stojatých vĺn, a tak sa zabránilo vplyvu efektu spaľovania priestorových otvorov, aby sa dosiahol výstup v jednom pozdĺžnom režime. Princíp výberu režimu hromadnej Braggovej mriežky (VBG) je podobný ako v prípade polovodičových a vláknových laserov s úzkymi čiarami, ktoré boli spomenuté vyššie, to znamená, že oscilátor využíva ako filtračný prvok VBG na základe jeho dobrej spektrálnej selektivity a uhlovej selektivity. osciluje pri špecifickej vlnovej dĺžke alebo pásme, aby sa dosiahla úloha pozdĺžneho výberu režimu, ako je znázornené na obrázku 7(d).
Súčasne je možné kombinovať niekoľko metód výberu pozdĺžneho režimu podľa potreby zlepšiť presnosť výberu pozdĺžneho režimu, ďalej zúžiť šírku čiary alebo zvýšiť intenzitu konkurencie režimov zavedením nelineárnej frekvenčnej transformácie a iných prostriedkov a rozšíriť výstupnú vlnovú dĺžku laser pri prevádzke v úzkej šírke čiary, čo je ťažképolovodičový laseravláknové lasery.

(4) Brillouinov laser

Brillouin laser je založený na efekte stimulovaného Brillouinovho rozptylu (SBS), aby sa dosiahol nízky šum, výstupná technológia s úzkou šírkou čiary, jeho princíp spočíva v interakcii fotónu a vnútorného akustického poľa, aby sa vytvoril určitý frekvenčný posun Stokesových fotónov, a je nepretržite zosilňovaný v rámci získať šírku pásma.

Obrázok 8 znázorňuje úrovňový diagram konverzie SBS a základnú štruktúru Brillouinovho lasera.

Kvôli nízkej frekvencii vibrácií akustického poľa je Brillouinov frekvenčný posun materiálu zvyčajne len 0,1-2 cm-1, takže pri 1064 nm laseri ako čerpacom svetle je generovaná Stokesova vlnová dĺžka často len asi 1064,01 nm, ale to tiež znamená, že jeho účinnosť kvantovej konverzie je extrémne vysoká (až 99,99% teoreticky). Okrem toho, pretože šírka čiary Brillouinovho zisku média je zvyčajne len rádu MHZ-ghz (šírka čiary Brillouin zisku niektorých pevných médií je len asi 10 MHz), je oveľa menšia ako šírka čiary zisku laserovej pracovnej látky. rádovo 100 GHz, takže Stokes excitovaný v Brillouinovom laseri môže vykazovať zjavný jav zúženia spektra po viacnásobnom zosilnení v dutine a šírka jeho výstupnej čiary je o niekoľko rádov užšia ako šírka čiary pumpy. V súčasnosti sa Brillouinov laser stal výskumným hotspotom v oblasti fotoniky a existuje veľa správ o Hz a sub-Hz poradí extrémne úzkej šírky čiary.

V posledných rokoch sa v oblasti objavili prístroje Brillouin s vlnovodnou štruktúroumikrovlnná fotonikaa rýchlo sa rozvíjajú smerom k miniaturizácii, vysokej integrácii a vyššiemu rozlíšeniu. Okrem toho vesmírny laser Brillouin založený na nových kryštálových materiáloch, ako je diamant, tiež vstúpil do vízie ľudí v posledných dvoch rokoch, jeho inovatívny prelom v sile štruktúry vlnovodu a kaskádové SBS úzke miesto, sila Brillouin lasera do 10 W, čím sa položil základ pre rozšírenie jeho použitia.
Obecná križovatka
Vďaka neustálemu skúmaniu špičkových poznatkov sa lasery s úzkou šírkou čiary stali nenahraditeľným nástrojom vo vedeckom výskume s ich vynikajúcim výkonom, ako je napríklad laserový interferometer LIGO na detekciu gravitačných vĺn, ktorý využíva úzku šírku čiary jednej frekvencie.lasers vlnovou dĺžkou 1064 nm ako zdroj zárodku a šírka čiary zárodočného svetla je do 5 kHz. Okrem toho lasery s úzkou šírkou s laditeľnou vlnovou dĺžkou a bez skoku v režime tiež vykazujú veľký aplikačný potenciál, najmä v koherentných komunikáciách, ktoré dokážu dokonale vyhovieť potrebám vlnového multiplexovania (WDM) alebo frekvenčného multiplexovania (FDM) pre vlnovú dĺžku (alebo frekvenciu). ) laditeľnosť a očakáva sa, že sa stane základným zariadením novej generácie mobilných komunikačných technológií.
V budúcnosti bude inovácia laserových materiálov a technológie spracovania ďalej podporovať kompresiu šírky laserovej čiary, zlepšenie frekvenčnej stability, rozšírenie rozsahu vlnových dĺžok a zlepšenie výkonu, čím sa pripraví pôda pre ľudský prieskum neznámeho sveta.