Šodien mēs iepazīstināsim ar “monohromatisko” lāzeru galējā – šaura līnijas platuma lāzeru.Tā parādīšanās aizpilda nepilnības daudzās lāzera pielietojuma jomās, un pēdējos gados tas ir plaši izmantots gravitācijas viļņu noteikšanā, liDAR, izkliedētā sensorā, ātrdarbīgā koherentajā optiskajā komunikācijā un citās jomās, kas ir “misija”, ko nevar īstenot. pabeigta tikai uzlabojot lāzera jaudu.
Kas ir šaura līnijas platuma lāzers?
Termins “līnijas platums” attiecas uz lāzera spektrālās līnijas platumu frekvenču diapazonā, ko parasti kvantitatīvi izsaka kā spektra puspīķa pilno platumu (FWHM).Līnijas platumu galvenokārt ietekmē ierosināto atomu vai jonu spontānais starojums, fāzes troksnis, rezonatora mehāniskā vibrācija, temperatūras nervozitāte un citi ārējie faktori.Jo mazāka ir līnijas platuma vērtība, jo augstāka ir spektra tīrība, tas ir, jo labāka ir lāzera vienkrāsainība.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 liels koherences garums.
Šaura līnijas platuma lāzera realizācija un pielietojums
Lāzera darba vielas raksturīgā pastiprinājuma līnijas platuma ierobežojumu dēļ ir gandrīz neiespējami tieši realizēt šaura līnijas platuma lāzera izvadi, paļaujoties uz pašu tradicionālo oscilatoru.Lai realizētu šaura līnijas platuma lāzera darbību, parasti ir nepieciešams izmantot filtrus, režģi un citas ierīces, lai ierobežotu vai izvēlētos garenisko moduli pastiprinājuma spektrā, palielinātu neto pastiprinājuma starpību starp garenvirziena režīmiem, lai būtu dažas vai pat tikai viena gareniskā režīma svārstība lāzera rezonatorā.Šajā procesā bieži vien ir nepieciešams kontrolēt trokšņa ietekmi uz lāzera izvadi un līdz minimumam samazināt spektrālo līniju paplašināšanos, ko izraisa ārējās vides vibrācijas un temperatūras izmaiņas;Tajā pašā laikā to var apvienot arī ar fāzes vai frekvences trokšņa spektrālā blīvuma analīzi, lai izprastu trokšņa avotu un optimizētu lāzera konstrukciju, lai panāktu stabilu šaura līnijas platuma lāzera izvadi.
Apskatīsim vairāku dažādu kategoriju lāzeru šaura līnijas platuma darbības realizāciju.
Pusvadītāju lāzeriem ir tādas priekšrocības kā kompakts izmērs, augsta efektivitāte, ilgs kalpošanas laiks un ekonomiskas priekšrocības.
Fabry-Perot (FP) optiskais rezonators, ko izmanto tradicionālajāpusvadītāju lāzeriparasti svārstās vairāku garenvirziena režīmā, un izvadlīnijas platums ir salīdzinoši plašs, tāpēc ir jāpalielina optiskā atgriezeniskā saite, lai iegūtu šaura līnijas platuma izvadi.
Izkliedētā atgriezeniskā saite (DFB) un Distributed Bragg refleksija (DBR) ir divi tipiski iekšējie optiskās atgriezeniskās saites pusvadītāju lāzeri.Pateicoties mazajam režģa solim un labai viļņa garuma selektivitātei, ir viegli sasniegt stabilu vienas frekvences šaura līnijas platuma izvadi.Galvenā atšķirība starp abām struktūrām ir režģa novietojums: DFB struktūra parasti sadala Braga režģa periodisko struktūru visā rezonatorā, un DBR rezonatoru parasti veido atstarošanas režģa struktūra un pastiprinājuma apgabals, kas integrēts rezonatorā. gala virsma.Turklāt DFB lāzeri izmanto iegultos režģus ar zemu refrakcijas indeksa kontrastu un zemu atstarošanas spēju.DBR lāzeri izmanto virsmas režģus ar augstu refrakcijas indeksa kontrastu un augstu atstarošanas spēju.Abām struktūrām ir liels brīvais spektrālais diapazons, un tās var veikt viļņa garuma regulēšanu bez režīma lēciena dažu nanometru diapazonā, kur DBR lāzeram ir plašāks regulēšanas diapazons nekāDFB lāzers.Turklāt ārējā dobuma optiskās atgriezeniskās saites tehnoloģija, kas izmanto ārējos optiskos elementus, lai atgrieztu pusvadītāju lāzera mikroshēmas izejošo gaismu un izvēlētos frekvenci, var realizēt arī pusvadītāju lāzera šaurā līnijas platuma darbību.
(2) Šķiedru lāzeri
Šķiedru lāzeriem ir augsta sūkņa pārveidošanas efektivitāte, laba staru kūļa kvalitāte un augsta savienojuma efektivitāte, kas ir karstākie pētniecības temati lāzera jomā.Informācijas laikmeta kontekstā šķiedru lāzeriem ir laba savietojamība ar pašreizējām optisko šķiedru sakaru sistēmām tirgū.Vienfrekvences šķiedru lāzers ar šaura līnijas platuma, zema trokšņa un labas koherences priekšrocībām ir kļuvis par vienu no svarīgiem tā attīstības virzieniem.
Viena gareniskā režīma darbība ir šķiedru lāzera kodols, lai sasniegtu šauru līnijas platuma izvadi, parasti saskaņā ar vienas frekvences šķiedru lāzera rezonatora struktūru var iedalīt DFB tipa, DBR tipa un gredzena tipa.Tostarp DFB un DBR vienfrekvences šķiedru lāzeru darbības princips ir līdzīgs DFB un DBR pusvadītāju lāzeriem.
Kā parādīts 1. attēlā, DFB šķiedru lāzeram ir jāieraksta sadalītā Braga režģis šķiedrā.Tā kā oscilatora darba viļņa garumu ietekmē šķiedras periods, garenisko režīmu var izvēlēties, izmantojot režģa sadalīto atgriezenisko saiti.DBR lāzera lāzera rezonatoru parasti veido pāris Bragg šķiedru režģi, un vienu garenisko režīmu galvenokārt izvēlas ar šauras joslas un zemas atstarošanas šķiedru Bragg režģiem.Tomēr tā garā rezonatora, sarežģītās struktūras un efektīva frekvenču diskriminācijas mehānisma trūkuma dēļ gredzenveida dobums ir pakļauts režīma lēcienam, un ir grūti ilgstoši stabili strādāt pastāvīgā gareniskā režīmā.
1. attēls. Divas tipiskas vienas frekvences lineāras struktūrasšķiedru lāzeri
Publicēšanas laiks: 27. novembris 2023