Astăzi, vom introduce un laser „monocromatic” în extrema - laserul îngust de lățime de linie. Apariția sa umple lacunele în multe câmpuri de aplicare ale laserului, iar în ultimii ani a fost utilizat pe scară largă în detectarea undelor gravitaționale, LIDAR, senzor distribuit, comunicare optică coerentă de mare viteză și alte câmpuri, care este o „misiune” care nu poate fi finalizată doar prin îmbunătățirea puterii cu laser.
Ce este un laser îngust de lățime de linie?
Termenul „lățimea liniei” se referă la lățimea liniei spectrale a laserului în domeniul de frecvență, care este de obicei cuantificat în termeni de lățimea completă de jumătate de vârf a spectrului (FWHM). Lățimea de linie este afectată în principal de radiația spontană a atomilor sau ionii excitați, zgomotul de fază, vibrația mecanică a rezonatorului, bruiajul de temperatură și alți factori externi. Cu cât valoarea lățimii liniei este mai mică, cu atât puritatea spectrului este mai mare, adică cu atât monocromatica este mai bună a laserului. Laserele cu astfel de caracteristici au, de obicei, un zgomot de fază sau frecvență foarte mică și un zgomot foarte mic de intensitate relativă. În același timp, cu cât este mai mică valoarea de lățime liniară a laserului, cu atât este mai puternică coerența corespunzătoare, care se manifestă ca o lungime de coerență extrem de lungă.
Realizarea și aplicarea laserului de lățime de linie îngustă
Limitat de lățimea de câștig inerentă a substanței de lucru a laserului, este aproape imposibil să realizăm direct ieșirea laserului îngust de lățime de linie, bazându -se pe oscilatorul tradițional în sine. Pentru a realiza funcționarea laserului de lățime de linie îngustă, este de obicei necesar să se utilizeze filtre, grătare și alte dispozitive pentru a limita sau selecta modulul longitudinal în spectrul de câștig, crește diferența netă de câștig între modurile longitudinale, astfel încât există câteva sau chiar o singură oscilare în modul longitudinal în rezonatorul lasor. În acest proces, este adesea necesar să se controleze influența zgomotului asupra producției laser și să minimizeze lărgirea liniilor spectrale cauzate de schimbările de vibrație și temperatură ale mediului extern; În același timp, poate fi, de asemenea, combinat cu analiza densității spectrale a fazei sau a zgomotului de frecvență pentru a înțelege sursa de zgomot și pentru a optimiza proiectarea laserului, astfel încât să se obțină o ieșire stabilă a laserului lățime de linie îngustă.
Să aruncăm o privire asupra realizării funcționării înguste a lățimii de linie a mai multor categorii diferite de lasere.
Laserele cu semiconductor au avantajele mărimii compacte, eficienței ridicate, duratei de viață și beneficiilor economice.
Resonatorul optic Fabry-Perot (FP) folosit în tradiționalLasere semiconductoareÎn general, oscilează în modul multi-lung, iar lățimea liniei de ieșire este relativ largă, astfel încât este necesară creșterea feedback-ului optic pentru a obține ieșirea lățimii liniei înguste.
Feedback -ul distribuit (DFB) și reflectarea BRAGG distribuită (DBR) sunt două lasere semiconductoare de feedback optic intern tipic. Datorită pasului mic de grătare și selectivității bune a lungimii de undă, este ușor să se realizeze o ieșire stabilă de lățime de linie îngustă cu o singură frecvență. Principala diferență între cele două structuri este poziția grătarului: structura DFB distribuie de obicei structura periodică a grătarului Bragg în întregul rezonator, iar rezonatorul DBR este de obicei compus din structura de grătare de reflecție și regiunea de câștig integrată în suprafața finală. În plus, laserele DFB folosesc grătare încorporate cu un contrast scăzut al indicelui de refracție și reflectivitate scăzută. Laserele DBR folosesc grătare de suprafață cu un contrast ridicat de indice de refracție și reflectivitate ridicată. Ambele structuri au o gamă spectrală liberă mare și pot efectua reglarea lungimii de undă fără salt de mod în gama câțiva nanometri, unde laserul DBR are o gamă mai largă de reglare decâtDFB Laser. În plus, tehnologia de feedback optic de cavitate externă, care folosește elemente optice externe pentru a feedback lumina de ieșire a cipului cu laser cu semiconductor și poate selecta frecvența, poate realiza, de asemenea, funcționarea îngustă a lățimii de linie a laserului semiconductor.
(2) Lasere cu fibre
Laserele cu fibre au o eficiență ridicată a conversiei pompei, o calitate bună a fasciculului și o eficiență ridicată de cuplare, care sunt subiectele de cercetare la cald în domeniul laser. În contextul epocii informaționale, laserele cu fibre au o compatibilitate bună cu sistemele actuale de comunicare cu fibre optice de pe piață. Laserul cu o singură frecvență cu fibre cu avantajele lățimii înguste a liniei, zgomotul scăzut și coerența bună a devenit una dintre direcțiile importante ale dezvoltării sale.
Funcționarea modului longitudinal unic este miezul laserului cu fibre pentru a obține o ieșire îngustă a lățimii liniei, de obicei în funcție de structura rezonatorului laser cu o singură frecvență cu fibră de frecvență poate fi împărțită în tipul DFB, tipul DBR și tipul inelului. Printre aceștia, principiul de lucru al laserelor de fibre de o singură frecvență DFB și DBR este similar cu cel al laserelor semiconductoare DFB și DBR.
Așa cum se arată în figura 1, laserul cu fibre DFB este de a scrie o grătare Bragg distribuită în fibră. Deoarece lungimea de undă de lucru a oscilatorului este afectată de perioada fibrelor, modul longitudinal poate fi selectat prin feedback -ul distribuit al grătarului. Resonatorul laser al laserului DBR este de obicei format dintr -o pereche de grătare Bragg cu fibre, iar modul longitudinal unic este selectat în principal de benzi înguste și grătare cu fibră de reflectivitate scăzută. Cu toate acestea, din cauza rezonatorului său îndelungat, a structurii complexe și a lipsei de mecanism eficient de discriminare a frecvenței, cavitatea în formă de inel este predispusă la saltul în mod și este dificil să funcționeze stabil în mod longitudinal constant pentru o lungă perioadă de timp.
Figura 1, două structuri liniare tipice de frecvență unicăLasere cu fibre
Timpul post: 27-2023 nov