Täna tutvustame ekstreemsele - kitsale joonelaiuse laserle “ühevärvilist” laserit. Selle tekkimine täidab lüngad paljudes laserrakendusväljades ja viimastel aastatel on seda laialdaselt kasutatud gravitatsioonilainete tuvastamisel, lidaril, hajutatud sensatsioonil, kiirelt sidusal optilisel suhtlusel ja muudel väljadel, mis on „missioon”, mida ei saa täita ainult laserivõimu parandamise kaudu.
Mis on kitsas joonelaius laser?
Mõiste “rea laius” viitab laseri spektrijoone laiusele sagedusdomeenis, mis tavaliselt kvantifitseeritakse spektri (FWHM) poole tipuga täislaiuse osas. Lindude laiust mõjutavad peamiselt ergastatud aatomite või ioonide spontaanne kiirgus, faasimüra, resonaatori mehaaniline vibratsioon, temperatuurinõuded ja muud välised tegurid. Mida väiksem on rea laiuse väärtus, seda suurem on spektri puhtus, see tähendab, seda parem on laseri ühevärviline. Selliste omadustega laseritel on tavaliselt väga vähe faasi- või sagedusmüra ja väga vähe suhtelist intensiivsuse müra. Samal ajal, mida väiksem on laseri lineaarse laiuse väärtus, seda tugevam on vastav sidusus, mis avaldub äärmiselt pika sidususe pikkusena.
Kitsa liinilaiuse realiseerimine ja rakendamine
Laseri töötava aine loomupärase võimenduse liinilaisega on peaaegu võimatu kitsa joonlaiuse laseri väljundit otseselt mõista, tuginedes traditsioonilisele ostsillaatorile endale. Kitsa liinilaiuse laseri toimimise realiseerimiseks on tavaliselt vaja kasutada filtreid, riivid ja muid seadmeid, et piirata või valida võimendusspektris pikisuunaline moodul, suurendada pikisuunaliste režiimide neto suurendamise erinevust, nii et on vähe või isegi ainult üks pikisuunaline režiimi oscillation. Selles protsessis on sageli vaja kontrollida müra mõju laseri väljundile ja minimeerida välise keskkonna vibratsiooni ja temperatuurimuutuste põhjustatud spektraaljoonte laienemist; Samal ajal saab seda kombineerida ka faasi- või sagedusmüra spektri tiheduse analüüsiga, et mõista müraallikat ja optimeerida laseri kujundust, et saavutada kitsa joonelaiuse stabiilne väljund.
Vaatame mitme erineva laserite kategooria kitsa liinilaiuse toimimise realiseerimist.
Pooljuhtide laseritel on kompaktse suuruse, kõrge efektiivsuse, pika eluea ja majandusliku kasu eelised.
Fabry-PORT (FP) optiline resonaator, mida kasutatakse traditsioonilisespooljuhtide laseridÜldiselt võnkub mitme pikisuunalise režiimis ja väljundjoone laius on suhteliselt lai, seetõttu on kitsa joone laiuse väljundi saamiseks vaja optilist tagasisidet suurendada.
Hajutatud tagasiside (DFB) ja jaotatud Braggi peegeldus (DBR) on kaks tüüpilist sisemist optilist tagasiside pooljuhti. Väikese restide ja hea lainepikkuse selektiivsuse tõttu on stabiilse ühe sagedusega kitsa liinilaiuse väljund lihtne saavutada. Peamine erinevus kahe struktuuri vahel on resti positsioon: DFB -struktuur jaotab tavaliselt Braggi restimisperioodilise struktuuri kogu resonaatoris ning DBR resonaator koosneb tavaliselt peegeldusvõre struktuurist ja lõpppinnale integreeritud võimenduspiirkonnast. Lisaks kasutavad DFB laserid madala murdumisnäitaja kontrasti ja madala peegeldusega manustatud restid. DBR -laserid kasutavad kõrge murdumisnäitaja kontrasti ja kõrge peegeldusvõimega pinnarestid. Mõlemal struktuuril on suur vaba spektrivahemik ja nad saavad lainepikkuse häälestamist ilma režiimi hüppamiseta mõne nanomeetri vahemikku, kus DBR -laseril on laiem häälestusvahemik kuiDFB -laser. Lisaks võib välise õõnsuse optiline tagasiside tehnoloogia, mis kasutab väliseid optilisi elemente pooljuhtide laserkiibi väljamineva valguse tagasisideks ja sageduse valimiseks, ka pooljuhtide laseri kitsa liinilaiuse toimingust realiseerida.
(2) kiu laserid
Kiudlaseritel on kõrge pumba muundamise efektiivsus, hea tala kvaliteet ja kõrge haakesefektiivsus, mis on laserväljal kuumad uurimistöö teemad. Infoajastu kontekstis on kiu laserid hästi ühilduvusega praeguste optiliste kiudainete sidesüsteemidega turul. Ühesagedusliku kiu laseriga, millel on kitsa joone laiuse, madala müra ja hea sidususega eelised, on muutunud selle arengu üheks oluliseks suunaks.
Ühe pikisuunalise režiimi toimimine on kiudlaseri tuum kitsa liinilaiuse väljundi saavutamiseks, tavaliselt saab ühe sagedusega kiudlaseri resonaatori struktuurile jagada DFB tüüpi, DBR-tüüpi ja rõnga tüüpi. Nende hulgas on DFB ja DBR ühe sagedusega kiu laserite tööpõhimõte sarnane DFB ja DBR pooljuhtide laseritega.
Nagu on näidatud joonisel 1, kirjutab DFB -kiudlaser kiudainetesse hajutatud Braggi resti. Kuna ostsillaatori töölainepikkust mõjutab kiudaine periood, saab pikisuunalise režiimi valida resti hajutatud tagasiside kaudu. DBR -laseri laserresonaator moodustab tavaliselt paar kiudude braggi restid ning üksik pikisuunaline režiim valitakse peamiselt kitsa riba ja madala peegeldusega kiudlauaga. Pika resonaatori, keeruka struktuuri ja efektiivse sageduse diskrimineerimise mehhanismi puudumise tõttu on rõngakujuline õõnsus režiimi hüppamisele altid ning pikka aega on keeruline püsivalt pikisuunalises režiimis stabiilselt töötada.
Joonis 1, kaks tüüpilist ühe sageduse lineaarset struktuurikiudained
Postiaeg: 27.-27.-2012