Täna tutvustame “monokromaatilist” laserit äärmuslikule – kitsa joonelaiusega laserile.Selle tekkimine täidab lüngad paljudes laseri rakendusvaldkondades ja viimastel aastatel on seda laialdaselt kasutatud gravitatsioonilainete tuvastamises, liDAR-is, hajutatud anduris, kiires koherentses optilises sides ja muudes valdkondades, mis on "missioon", mida ei saa lõpetatakse ainult laservõimsuse parandamisega.
Mis on kitsa joonelaiusega laser?
Mõiste "joone laius" viitab laseri spektraaljoone laiusele sageduspiirkonnas, mida tavaliselt kvantifitseeritakse spektri poolpiigi täislaiuses (FWHM).Joonelaiust mõjutavad peamiselt ergastatud aatomite või ioonide spontaanne kiirgus, faasimüra, resonaatori mehaaniline vibratsioon, temperatuurivärin ja muud välistegurid.Mida väiksem on joone laiuse väärtus, seda kõrgem on spektri puhtus, st seda parem on laseri monokromaatilisus.Selliste omadustega laseritel on tavaliselt väga väike faasi- või sagedusmüra ja väga väike suhtelise intensiivsusega müra.Samas, mida väiksem on laseri lineaarlaiuse väärtus, seda tugevam on vastav koherentsus, mis väljendub ülipika koherentsuspikkusena.
Kitsa joonelaiusega laseri realiseerimine ja rakendamine
Piiratuna laseri tööaine loomupärase võimenduse joonelaiusega, on kitsa joonelaiusega laseri väljundi otsene realiseerimine traditsioonilisele ostsillaatorile endale toetudes peaaegu võimatu.Kitsa joonelaiusega laseri töö realiseerimiseks on tavaliselt vaja kasutada filtreid, võre ja muid seadmeid, et piirata või valida pikisuunalist moodulit võimendusspektris, suurendada netovõimenduse erinevust pikisuunaliste režiimide vahel, nii et vähe või isegi ainult üks pikisuunaline võnkumine laserresonaatoris.Selle protsessi käigus on sageli vaja kontrollida müra mõju laseri väljundile ja minimeerida spektrijoonte laienemist, mis on põhjustatud väliskeskkonna vibratsioonist ja temperatuurimuutustest;Samal ajal saab seda kombineerida ka faasi- või sagedusmüra spektraaltiheduse analüüsiga, et mõista müra allikat ja optimeerida laseri disaini, et saavutada kitsa joonelaiusega laseri stabiilne väljund.
Vaatame mitme erineva kategooria laserite kitsa joonelaiusega töö teostamist.
Pooljuhtlaserite eelisteks on kompaktne suurus, kõrge efektiivsus, pikk kasutusiga ja majanduslik kasu.
Fabry-Perot (FP) optiline resonaator, mida kasutatakse traditsioonilisespooljuhtlaseridÜldiselt võngub pikisuunalises režiimis ja väljundliini laius on suhteliselt lai, seega on kitsa joonelaiuse väljundi saamiseks vaja optilist tagasisidet suurendada.
Hajutatud tagasiside (DFB) ja hajutatud Braggi peegeldus (DBR) on kaks tüüpilist sisemist optilise tagasisidega pooljuhtlaserit.Tänu väikesele võre sammule ja heale lainepikkuse selektiivsusele on lihtne saavutada stabiilset ühesageduslikku kitsa joonelaiusega väljundit.Peamine erinevus nende kahe struktuuri vahel on võre asend: DFB struktuur jaotab tavaliselt Braggi võre perioodilise struktuuri kogu resonaatori ulatuses ja DBR-i resonaator koosneb tavaliselt peegeldusvõre struktuurist ja võimenduspiirkonnast, mis on integreeritud otsa pind.Lisaks kasutavad DFB laserid madala murdumisnäitaja kontrasti ja madala peegeldusvõimega sisseehitatud võreid.DBR laserid kasutavad suure murdumisnäitaja kontrasti ja suure peegeldusvõimega pinnavõre.Mõlemal struktuuril on suur vaba spektrivahemik ja nad suudavad teostada lainepikkuse häälestamist ilma režiimihüppeta mõne nanomeetri vahemikus, kus DBR-laseri häälestusulatus on laiem kuiDFB laser.Lisaks saab välise õõnsuse optilise tagasiside tehnoloogia, mis kasutab pooljuhtlaseri kiibi väljuva valguse tagasisidestamiseks ja sageduse valimiseks väliseid optilisi elemente, realiseerida ka pooljuhtlaseri kitsa joonelaiuse töö.
(2) Kiudlaserid
Kiudlaseritel on kõrge pumba muundamise efektiivsus, hea kiire kvaliteet ja kõrge sidumise efektiivsus, mis on laserivaldkonna kuumad uurimisteemad.Infoajastu kontekstis on kiudlaserid hästi ühilduvad turul praeguste kiudoptiliste sidesüsteemidega.Ühe sagedusega kiudlaserist, mille eelisteks on kitsas joonelaius, madal müratase ja hea koherentsus, on saanud selle üks olulisi arengusuundi.
Ühe pikisuunalise režiimiga töö on kiudlaseri tuum, et saavutada kitsa joonelaiusega väljund, tavaliselt võib ühesagedusliku kiudlaseri resonaatori struktuuri järgi jagada DFB-tüüpi, DBR-tüüpi ja rõnga tüüpi.Nende hulgas on DFB ja DBR ühesageduslike kiudlaserite tööpõhimõte sarnane DFB ja DBR pooljuhtlaserite omaga.
Nagu on näidatud joonisel 1, peab DFB kiudlaser kirjutama kiududesse hajutatud Braggi võre.Kuna ostsillaatori töölainepikkust mõjutab kiu periood, saab pikisuunalist režiimi valida võre hajutatud tagasiside kaudu.DBR-laseri laserresonaatori moodustavad tavaliselt paar kiud-Braggi võre ja üks pikisuunaline režiim valitakse peamiselt kitsa riba ja madala peegeldusvõimega Braggi kiudvõrede abil.Kuid oma pika resonaatori, keeruka struktuuri ja tõhusa sageduse eristamise mehhanismi puudumise tõttu on rõngakujuline õõnsus kalduvus režiimi hüppamisele ja pidevas pikisuunalises režiimis on raske pikka aega stabiilselt töötada.
Joonis 1. Kaks tüüpilist ühe sagedusega lineaarset struktuurikiudlaserid
Postitusaeg: 27.11.2023