Technológia úzkej laserovej čiary, druhá časť
V roku 1960 bol prvým rubínovým laserom na svete pevnolátkový laser, ktorý sa vyznačoval vysokou výstupnou energiou a širším pokrytím vlnových dĺžok. Unikátna priestorová štruktúra pevnolátkového laseru 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 metóda vnútrodutinovej dutiny, metóda torzného kyvadlového módu dutiny, metóda objemovej Braggovej mriežky a metóda vstrekovania semien.
Obrázok 7 znázorňuje štruktúru niekoľkých typických jednofázových laserov v pevnej fáze.
Obrázok 7(a) znázorňuje princíp fungovania výberu jedného pozdĺžneho módu na základe štandardu FP v dutine, to znamená, že úzke spektrum prenosu šírky čiary štandardu sa používa na zvýšenie strát iných pozdĺžnych módov, takže ostatné pozdĺžne módy sú v procese konkurencie módov filtrované kvôli ich malej priepustnosti, aby sa dosiahla prevádzka jedného pozdĺžneho módu. Okrem toho je možné dosiahnuť určitý rozsah ladenia vlnovej dĺžky riadením uhla a teploty štandardu FP a zmenou intervalu pozdĺžneho módu. Obr. 7(b) a (c) znázorňujú metódu neplanárneho kruhového oscilátora (NPRO) a dutiny s torzným kyvadlovým módom, ktoré sa používajú na získanie výstupu jedného pozdĺžneho módu. Princípom fungovania je šírenie lúča v jednom smere v rezonátore, účinne sa eliminuje nerovnomerné priestorové rozloženie počtu obrátených častíc v bežnej dutine so stojatou vlnou, a tým sa zabráni vplyvu efektu priestorového vypaľovania dier, aby sa dosiahol výstup jedného pozdĺžneho módu. Princíp výberu módu pomocou objemovej Braggovej mriežky (VBG) je podobný princípu polovodičových a vláknových laserov s úzkou šírkou čiary, ktoré boli spomenuté vyššie, to znamená, že použitím VBG ako filtračného prvku, na základe jeho dobrej spektrálnej selektivity a uhlovej selektivity, oscilátor osciluje na špecifickej vlnovej dĺžke alebo pásme, aby dosiahol úlohu pozdĺžneho výberu módu, ako je znázornené na obrázku 7(d).
Zároveň je možné kombinovať niekoľko metód pozdĺžneho výberu módu podľa potrieb, aby sa zlepšila presnosť výberu pozdĺžneho módu, ďalej zúžila šírka čiary alebo zvýšila intenzita konkurencie módov zavedením nelineárnej frekvenčnej transformácie a iných prostriedkov a rozšírila sa výstupná vlnová dĺžka laseru pri prevádzke v úzkej šírke čiary, čo je pre...polovodičový laseravláknové lasery.
(4) Brillouinov laser
Brillouinov laser je založený na stimulovanom Brillouinovom rozptyle (SBS) na dosiahnutie nízkošumovej technológie s úzkou šírkou čiary. Jeho princíp spočíva v interakcii fotónu a vnútorného akustického poľa, čím sa vytvára určitý frekvenčný posun Stokesových fotónov a v rámci šírky pásma zosilnenia sa kontinuálne zosilňuje.
Obrázok 8 znázorňuje diagram úrovní SBS konverzie a základnú štruktúru Brillouinovho laseru.
Vzhľadom na nízku frekvenciu vibrácií akustického poľa je Brillouinov frekvenčný posun materiálu zvyčajne iba 0,1 – 2 cm⁻¹, takže pri lasere s vlnovou dĺžkou 1064 nm ako čerpacom svetle je generovaná Stokesova vlnová dĺžka často iba okolo 1064,01 nm, čo tiež znamená, že jeho účinnosť kvantovej konverzie je extrémne vysoká (teoreticky až 99,99 %). Okrem toho, keďže šírka čiary Brillouinovho zosilnenia média je zvyčajne len rádovo v MHz-GHz (šírka čiary Brillouinovho zosilnenia niektorých pevných médií je len okolo 10 MHz), je oveľa menšia ako šírka čiary zosilnenia laserovej pracovnej látky rádovo 100 GHz, takže Stokesovo budenie v Brillouinovom lasere môže po viacnásobnom zosilnení v dutine vykazovať zjavný jav zúženia spektra a šírka jeho výstupnej čiary je o niekoľko rádov užšia ako šírka čerpacej čiary. V súčasnosti sa Brillouinov laser stal výskumným bodom v oblasti fotoniky a existuje veľa správ o ráde Hz a subHz extrémne úzkeho výstupu šírky čiary.
V posledných rokoch sa v oblasti objavili Brillouinove zariadenia so štruktúrou vlnovodu.mikrovlnná fotonika, a rýchlo sa vyvíjajú smerom k miniaturizácii, vysokej integrácii a vyššiemu rozlíšeniu. Okrem toho sa v posledných dvoch rokoch do povedomia ľudí dostal aj vesmírny Brillouinov laser založený na nových kryštálových materiáloch, ako je diamant, jeho inovatívny prielom vo výkone vlnovodovej štruktúry a kaskádovom SBS úzkom mieste, výkon Brillouinovho laseru na magnitúdu 10 W, čím sa položil základ pre rozšírenie jeho aplikácie.
Všeobecná križovatka
Vďaka neustálemu skúmaniu najmodernejších poznatkov sa lasery s úzkou šírkou čiary stali vďaka svojmu vynikajúcemu výkonu nepostrádateľným nástrojom vo vedeckom výskume, ako napríklad laserový interferometer LIGO na detekciu gravitačných vĺn, ktorý využíva jednofrekvenčný laser s úzkou šírkou čiary.lasers vlnovou dĺžkou 1064 nm ako zdrojom semena a šírkou čiary semenného svetla do 5 kHz. Okrem toho, lasery s úzkou šírkou, laditeľnou vlnovou dĺžkou a bez skoku módu vykazujú veľký aplikačný potenciál, najmä v koherentnej komunikácii, ktorá dokáže dokonale splniť potreby multiplexovania s delením vlnovej dĺžky (WDM) alebo multiplexovania s delením frekvencie (FDM) pre laditeľnosť vlnovej dĺžky (alebo frekvencie) a očakáva sa, že sa stanú základným zariadením mobilnej komunikačnej technológie novej generácie.
V budúcnosti inovácie laserových materiálov a technológií spracovania ďalej podporia kompresiu šírky laserového čiarového vedenia, zlepšenie frekvenčnej stability, rozšírenie rozsahu vlnových dĺžok a zlepšenie výkonu, čím pripravia cestu pre ľudské objavovanie neznámeho sveta.
Čas uverejnenia: 29. novembra 2023