Šodien mēs iepazīstināsim ar “monohromatisku” lāzeru ar galēju - šauro līnijas platuma lāzeru. Tās parādīšanās aizpilda nepilnības daudzos lāzera pielietojuma laukos, un pēdējos gados to plaši izmanto gravitācijas viļņu noteikšanā, LIDAR, sadalītā sensorā, ātrgaitas koherentā optiskajā komunikācijā un citās jomās, kas ir “misija”, kas nevar būt Pabeigts, tikai uzlabojot lāzera jaudu.
Kas ir šaurs līnijas platuma lāzers?
Termins “līnijas platums” attiecas uz lāzera spektrālās līnijas platumu frekvences domēnā, ko parasti kvantitatīvi nosaka spektra (FWHM) pilnā platuma puse. Līnijas platumu galvenokārt ietekmē ierosināto atomu vai jonu spontāns starojums, fāzes troksnis, rezonatora mehāniskā vibrācija, temperatūras nervozēšana un citi ārējie faktori. Jo mazāka ir līnijas platuma vērtība, jo augstāka ir spektra tīrība, tas ir, jo labāk ir lāzera monohromatiskums. Lāzeriem ar šādām īpašībām parasti ir ļoti mazs fāzes vai frekvences troksnis un ļoti mazs relatīvās intensitātes troksnis. Tajā pašā laikā, jo mazāka ir lāzera lineārā platuma vērtība, jo spēcīgāka ir atbilstošā koherence, kas izpaužas kā ārkārtīgi garš saskaņotības garums.
Šauras līnijas platuma lāzera realizācija un pielietošana
Ierobežots no lāzera darba būtības raksturīgā līnijas platuma, ir gandrīz neiespējami tieši realizēt šaurā līnijas platuma lāzera izvadi, paļaujoties uz pašu tradicionālo oscilatoru. Lai realizētu šauras līnijas platuma lāzera darbību, parasti ir jāizmanto filtri, režģi un citas ierīces, lai ierobežotu vai izvēlētos garenisko moduli pastiprināšanas spektrā, palieliniet neto pastiprinājuma atšķirību starp garenisko režīmu, lai būtu a maz vai pat tikai viens gareniskā režīma svārstība lāzera rezonatorā. Šajā procesā bieži ir nepieciešams kontrolēt trokšņa ietekmi uz lāzera izvadi un samazināt spektrālo līniju paplašināšanos, ko izraisa ārējās vides vibrācija un temperatūras izmaiņas; Tajā pašā laikā to var arī apvienot ar fāzes vai frekvences trokšņa spektrālā blīvuma analīzi, lai izprastu trokšņa avotu un optimizētu lāzera dizainu, lai sasniegtu šaurā līnijas platuma lāzera stabilu izvadi.
Apskatīsim vairāku dažādu lāzeru kategoriju šauras līnijas platuma darbības realizāciju.
Pusvadītāju lāzeriem ir kompakta lieluma, augstas efektivitātes, ilga dzīves un ekonomisko ieguvumu priekšrocības.
Fabry-Perot (FP) optiskais rezonators, ko izmanto tradicionālajāpusvadītāju lāzeriParasti svārstās vairāku garu režīmā, un izejas līnijas platums ir salīdzinoši plašs, tāpēc ir nepieciešams palielināt optisko atgriezenisko saiti, lai iegūtu šauras līnijas platuma izvadi.
Izkliedētā atgriezeniskā saite (DFB) un izplatītā Bragg refleksija (DBR) ir divi tipiski iekšējie optiskās atgriezeniskās saites pusvadītāju lāzeri. Sakarā ar nelielu režģa piķi un labu viļņu garuma selektivitāti, ir viegli sasniegt stabilu vienfrekvences šauru līnijas platuma izvadi. Galvenā atšķirība starp abām struktūrām ir režģa novietojums: DFB struktūra parasti izplata bragg režģa periodisko struktūru visā rezonatorā, un DBR rezonatoru parasti veido refleksijas režģa struktūra un pastiprinājuma reģions, kas integrēts gala virsma. Turklāt DFB lāzeri izmanto iegultus režģus ar zemu refrakcijas indeksa kontrastu un zemu atstarošanos. DBR lāzeri izmanto virsmas režģus ar augstu refrakcijas indeksa kontrastu un augstu atstarošanos. Abām struktūrām ir liels bezmaksas spektrālais diapazons, un tās var veikt viļņa garuma noregulēšanu bez režīma lēciena dažu nanometru diapazonā, kur DBR lāzeram ir plašāks skaņošanas diapazons nekāDFB lāzersApvidū Turklāt ārējā dobuma optiskās atgriezeniskās saites tehnoloģija, kas izmanto ārējus optiskos elementus, lai atgrieztos pusvadītāju lāzera mikroshēmas izejošajai gaismai un izvēlētu frekvenci, var arī realizēt pusvadītāja lāzera šauro līnijas platumu.
(2) šķiedru lāzeri
Šķiedru lāzeriem ir augsta sūkņa pārveidošanas efektivitāte, laba staru kūļa kvalitāte un augsta savienojuma efektivitāte, kas ir karstās pētniecības tēmas lāzera laukā. Informācijas vecuma kontekstā šķiedru lāzeriem ir laba savietojamība ar pašreizējām optisko šķiedru sakaru sistēmām tirgū. Vienfrekvences šķiedras lāzers ar šauras līnijas platuma, zema trokšņa un labas saskaņotības priekšrocībām ir kļuvis par vienu no svarīgiem tās attīstības virzieniem.
Viena gareniskā režīma darbība ir šķiedru lāzera kodols, lai panāktu šauras līnijas platuma izvadi, parasti saskaņā ar vienas frekvences šķiedras lāzera rezonatora struktūru var iedalīt DFB tipā, DBR tipā un gredzena tipā. Starp tiem DFB un DBR vienfrekvences šķiedru lāzeru darba princips ir līdzīgs DFB un DBR pusvadītāju lāzeriem.
Kā parādīts 1. attēlā, DFB šķiedru lāzers ir rakstīt šķiedrā izplatītu bragg režģi. Tā kā šķiedru periods ietekmē oscilatora darba viļņa garumu, garenisko režīmu var izvēlēties, izmantojot izplatīto režģa atgriezenisko saiti. DBR lāzera lāzera rezonatoru parasti veido pāris šķiedru bragg režģi, un atsevišķo garenisko režīmu galvenokārt izvēlas šaurā josla un zema atstarošanas šķiedru bragg režģi. Tomēr tā garā rezonatora, sarežģītās struktūras un efektīvās frekvences diskriminācijas mehānisma trūkuma dēļ gredzena formas dobums ir pakļauts režīma lēcienam, un ir grūti ilgu laiku strādāt pastāvīgā gareniskā režīmā.
1. attēls, divas tipiskas vienas frekvences lineārās struktūrasšķiedru lāzeri
Pasta laiks: 27.-2023. Novembris