Laserska tehnologija uske širine linije, drugi dio
Godine 1960., prvi rubinski laser na svijetu bio je laser u čvrstom stanju, karakteriziran visokom izlaznom energijom i širim pokrivanjem valnih duljina. Jedinstvena prostorna struktura lasera u čvrstom stanju čini ga fleksibilnijim u dizajnu izlaza uske širine linije. Trenutno, glavne implementirane metode uključuju metodu kratke šupljine, metodu jednosmjerne prstenaste šupljine, metodu standardne intrašupljine, metodu šupljine s torzijskim njihalnim načinom rada, metodu volumenske Braggove rešetke i metodu ubrizgavanja sjemena.
Slika 7 prikazuje strukturu nekoliko tipičnih jednomodnih lasera na čvrsto stanje.
Slika 7(a) prikazuje princip rada odabira jednog longitudinalnog moda na temelju FP standarda u šupljini, odnosno uski spektar prijenosa širine linije standarda koristi se za povećanje gubitka drugih longitudinalnih modova, tako da se drugi longitudinalni modovi filtriraju u procesu konkurencije modova zbog njihove male propusnosti, kako bi se postigao rad jednog longitudinalnog moda. Osim toga, određeni raspon podešavanja valne duljine može se dobiti kontroliranjem kuta i temperature FP standarda i promjenom intervala longitudinalnog moda. SLIKA 7(b) i (c) prikazuje neplanarni prstenasti oscilator (NPRO) i metodu šupljine s torzijskim njihalnim modom koja se koristi za dobivanje izlaza jednog longitudinalnog moda. Princip rada je da se snop širi u jednom smjeru u rezonatoru, učinkovito eliminira neravnomjerna prostorna raspodjela broja obrnutih čestica u običnoj šupljini stojnog vala i time izbjegne utjecaj prostornog efekta spaljivanja rupe kako bi se postigao izlaz jednog longitudinalnog moda. Princip odabira moda pomoću Braggove rešetke (VBG) sličan je principu kod ranije spomenutih poluvodičkih i vlaknastih lasera uske širine linije, odnosno korištenjem VBG-a kao filtarskog elementa, na temelju njegove dobre spektralne selektivnosti i kutne selektivnosti, oscilator oscilira na određenoj valnoj duljini ili pojasu kako bi postigao ulogu longitudinalnog odabira moda, kao što je prikazano na slici 7(d).
Istovremeno, nekoliko metoda odabira longitudinalnog moda može se kombinirati prema potrebama za poboljšanjem točnosti odabira longitudinalnog moda, daljnjim sužavanjem širine linije ili povećanjem intenziteta konkurencije modova uvođenjem nelinearne transformacije frekvencije i drugih sredstava, te proširenjem izlazne valne duljine lasera dok radi u uskoj širini linije, što je teško učiniti zapoluvodički laserivlaknasti laseri.
(4) Brillouinov laser
Brillouinov laser temelji se na efektu stimuliranog Brillouinovog raspršenja (SBS) kako bi se postigla tehnologija niskog šuma i uske širine linije. Njegov princip je da se određeni frekvencijski pomak Stokesovih fotona stvara interakcijom fotona i unutarnjeg akustičnog polja, te se kontinuirano pojačava unutar pojasne širine pojačanja.
Slika 8 prikazuje dijagram razina SBS pretvorbe i osnovnu strukturu Brillouin lasera.
Zbog niske frekvencije vibracija akustičnog polja, Brillouinov frekvencijski pomak materijala obično je samo 0,1-2 cm-1, pa je s laserom od 1064 nm kao svjetlom pumpe, generirana Stokesova valna duljina često samo oko 1064,01 nm, ali to također znači da je njegova učinkovitost kvantne pretvorbe izuzetno visoka (teoretski do 99,99%). Osim toga, budući da je širina linije Brillouinova pojačanja medija obično samo reda veličine MHZ-GHz (širina linije Brillouinova pojačanja nekih čvrstih medija je samo oko 10 MHz), to je daleko manje od širine linije pojačanja radne tvari lasera reda veličine 100 GHz, pa Stokes pobuđen u Brillouinovom laseru može pokazati očiti fenomen sužavanja spektra nakon višestrukog pojačanja u šupljini, a širina njegove izlazne linije je nekoliko redova veličine uža od širine linije pumpe. Trenutno je Brillouinov laser postao istraživačka žarišna točka u području fotonike, a objavljeno je mnogo izvješća o Hz i sub-Hz redu izlazne širine linije.
Posljednjih godina u području su se pojavili Brillouinovi uređaji s valovodnom strukturommikrovalna fotonika, i brzo se razvijaju u smjeru minijaturizacije, visoke integracije i veće rezolucije. Osim toga, svemirski Brillouin laser baziran na novim kristalnim materijalima poput dijamanta također je ušao u vidokrug ljudi u posljednje dvije godine, njegov inovativni proboj u snazi strukture valovoda i kaskadnom SBS uskom grlu, snaga Brillouin lasera do magnitude od 10 W, postavlja temelje za proširenje njegove primjene.
Opće raskrižje
Kontinuiranim istraživanjem najsuvremenijih znanja, laseri uske širine linije postali su nezamjenjiv alat u znanstvenim istraživanjima sa svojim izvrsnim performansama, poput laserskog interferometra LIGO za detekciju gravitacijskih valova, koji koristi jednofrekventni laser uske širine linije.lasers valnom duljinom od 1064 nm kao izvorom sjemena, a širina linije sjemena svjetlosti je unutar 5 kHz. Osim toga, laseri uske širine s podesivom valnom duljinom i bez skoka moda također pokazuju veliki potencijal primjene, posebno u koherentnim komunikacijama, koje mogu savršeno zadovoljiti potrebe multipleksiranja valne duljine (WDM) ili multipleksiranja frekvencijske podjele (FDM) za podesivost valne duljine (ili frekvencije), te se očekuje da će postati ključni uređaj sljedeće generacije mobilne komunikacijske tehnologije.
U budućnosti će inovacija laserskih materijala i tehnologije obrade dodatno potaknuti kompresiju širine laserske linije, poboljšanje frekvencijske stabilnosti, proširenje raspona valnih duljina i poboljšanje snage, otvarajući put ljudskom istraživanju nepoznatog svijeta.
Vrijeme objave: 29. studenog 2023.