Danas ćemo uvesti "jednobojni" laser s ekstremnim - uskim laserom širine linije. Njegova pojava ispunjava praznine u mnogim poljima primjene lasera, a posljednjih se godina široko koristi u detekciji gravitacijskog vala, LiDAR, distribuiranom senzoru, koherentnoj optičkoj komunikaciji i drugim poljima, što je "misija" koja se ne može dovršiti samo poboljšanjem laserske snage.
Što je laser uskog širine?
Izraz "širina retka" odnosi se na širinu spektralne linije lasera u frekvencijskoj domeni, koja se obično kvantificira u smislu pune širine spektra (FWHM). Na širinu linije uglavnom utječe spontano zračenje pobuđenih atoma ili iona, fazni šum, mehanička vibracija rezonatora, tempoć i drugi vanjski čimbenici. Što je manja vrijednost širine linije, to je veća čistoća spektra, odnosno, bolja je monokromatičnost lasera. Laseri s takvim karakteristikama obično imaju vrlo malo fazne ili frekvencijske buke i vrlo malo buke relativnog intenziteta. Istodobno, što je manja vrijednost linearne širine lasera, to je jača odgovarajuća koherencija, koja se očituje kao izuzetno duga duljina koherencije.
Realizacija i primjena lasera uske širine
Ograničeno urođenom širinom dobitka radne tvari lasera, gotovo je nemoguće izravno shvatiti izlaz lasera uske širine linije oslanjajući se na sam tradicionalni oscilator. Da bi se ostvario rad lasera uske širine linije, obično je potrebno koristiti filtre, rešetke i druge uređaje za ograničavanje ili odabir uzdužnog modula u spektru pojačanja, povećajte mrežnu razliku između uzdužnih načina, tako da postoji nekoliko ili čak samo jedan oscilacija uzdužnog načina rada u rezonatoru lasera. U ovom je procesu često potrebno kontrolirati utjecaj buke na laserski izlaz i minimizirati širenje spektralnih linija uzrokovanih vibracijama i temperaturnim promjenama vanjskog okruženja; Istodobno, može se kombinirati i s analizom spektralne gustoće buke faze ili frekvencije kako bi se razumjeli izvor buke i optimizirali dizajn lasera, tako da se postigne stabilan izlaz lasera uskog propusnosti.
Pogledajmo realizaciju uske širine rada nekoliko različitih kategorija lasera.
Poluvodički laseri imaju prednosti kompaktne veličine, visoke učinkovitosti, dugog života i ekonomskih koristi.
Optički rezonator Fabry-Perot (FP) koji se koristi u tradicionalnompoluvodički laseriOpćenito oscilira u više-dugim načinu rada, a širina izlazne linije je relativno široka, pa je potrebno povećati optičke povratne informacije kako bi se dobila izlaz uske širine linije.
Distribuirane povratne informacije (DFB) i distribuirani Bragg Reflection (DBR) dva su tipična unutarnja optička povratna povratna veza poluvodički laseri. Zbog male rešetke i dobre selektivnosti valne duljine, lako je postići stabilan jednofrekventni uski izlaz. Glavna razlika između dviju struktura je položaj rešetke: DFB struktura obično distribuira periodičnu strukturu Bragg rešetke u cijelom rezonatoru, a rezonator DBR -a obično se sastoji od strukture rešetka rešetka i regije pojačanja integrirane u krajnju površinu. Osim toga, DFB laseri koriste ugrađene rešetke s niskim kontrastom refrakcije i niskom reflektivnošću. DBR laseri koriste površinske rešetke s visokim kontrastom refrakcije i visokom reflektivnošću. Obje strukture imaju veliki slobodni spektralni raspon i mogu izvesti podešavanje valne duljine bez skoka načina rada u rasponu od nekoliko nanometara, gdje DBR laser ima širi raspon podešavanja odDFB laser. Osim toga, vanjska tehnologija optičke povratne informacije, koja koristi vanjske optičke elemente za povratne informacije odlaznog svjetla laserskog čipa poluvodiča i odabir frekvencije, također može realizirati usku operaciju širine linije poluvodičkog lasera.
(2) vlaknasti laseri
Laseri vlakana imaju visoku učinkovitost pretvorbe pumpe, dobru kvalitetu snopa i visoku učinkovitost spajanja, što su vruće istraživačke teme u laserskom polju. U kontekstu informacijskog doba, vlaknasti laseri imaju dobru kompatibilnost s trenutnim komunikacijskim sustavima optičkih vlakana na tržištu. Jednofrekventni vlaknasti laser s prednostima uske širine linije, niske buke i dobre koherencije postali su jedan od važnih smjerova njegovog razvoja.
Pojedinačni rad uzdužnog načina je jezgra vlaknastog lasera za postizanje uskog izlaza širine, obično prema strukturi rezonatora lasera s jednim frekvencijskim vlaknima može se podijeliti u DFB tip, DBR tip i tip prstena. Među njima je princip rada DFB-a i DBR jednofrekventnih vlaknastih lasera sličan onome DFB i DBR poluvodičkih lasera.
Kao što je prikazano na slici 1, DFB vlaknasti laser treba napisati distribuiranu rešetku u vlakno. Budući da na radnoj valnoj duljini oscilatora utječe razdoblje vlakana, uzdužni način rada može se odabrati distribuiranim povratnim informacijama rešetke. Laserski rezonator DBR lasera obično formira par vlaknastih rešetki, a pojedinačni longitudinalni način uglavnom je odabran uskim rešetkama vlakana i niske reflektivnosti. Međutim, zbog svog dugog rezonatora, složene strukture i nedostatka učinkovite frekvencijske diskriminacije, šupljina u obliku prstena sklona je skakanju načina i teško je dugo raditi u stalnom uzdužnom načinu.
Slika 1, dvije tipične linearne strukture jedne frekvencijevlaknasti laseri
Post Vrijeme: studeni-27-2023