Tehnologia laser cu lățime de linie îngustă, partea a doua
În 1960, primul laser cu rubin din lume a fost un laser în stare solidă, caracterizat printr-o energie de ieșire ridicată și o acoperire mai largă a lungimii de undă. Structura spațială unică a laserului în stare solidă îl face mai flexibil în proiectarea ieșirii cu lățime de linie îngustă. În prezent, principalele metode implementate includ metoda cavității scurte, metoda cavității inelare unidirecționale, metoda standard intracavitate, metoda cavității în modul pendul de torsiune, metoda rețelei Bragg de volum și metoda injecției de semințe.
Figura 7 prezintă structura mai multor lasere în stare solidă cu mod longitudinal unic tipice.
Figura 7(a) prezintă principiul de funcționare al selecției unui singur mod longitudinal bazat pe standardul FP în cavitate, adică spectrul de transmisie cu lățime de linie îngustă al standardului este utilizat pentru a crește pierderea altor moduri longitudinale, astfel încât alte moduri longitudinale să fie filtrate în procesul de competiție a modurilor datorită transmitanței lor reduse, astfel încât să se realizeze funcționarea unui singur mod longitudinal. În plus, o anumită gamă de ieșire de reglare a lungimii de undă poate fi obținută prin controlul unghiului și temperaturii standardului FP și prin modificarea intervalului modului longitudinal. FIG. 7(b) și (c) prezintă oscilatorul inelar neplanar (NPRO) și metoda cavității modului pendulului torsional utilizate pentru a obține o ieșire de mod longitudinal unic. Principiul de funcționare este de a face fasciculul să se propage într-o singură direcție în rezonator, eliminând eficient distribuția spațială inegală a numărului de particule inversate în cavitatea undei staționare obișnuite și evitând astfel influența efectului de ardere a găurilor spațiale pentru a obține o ieșire de mod longitudinal unic. Principiul selecției modului de rețea Bragg în vrac (VBG) este similar cu cel al laserelor cu linie îngustă cu semiconductori și fibră menționate anterior, adică, prin utilizarea VBG ca element de filtrare, pe baza selectivității sale spectrale bune și a selectivității unghiulare, oscilatorul oscilează la o anumită lungime de undă sau bandă pentru a îndeplini rolul de selecție longitudinală a modului, așa cum se arată în Figura 7(d).
În același timp, mai multe metode de selecție longitudinală a modului pot fi combinate în funcție de necesități pentru a îmbunătăți precizia selecției longitudinale a modului, a restrânge și mai mult lățimea liniei sau a crește intensitatea concurenței modurilor prin introducerea transformării neliniare a frecvenței și a altor mijloace și a extinde lungimea de undă de ieșire a laserului în timp ce funcționează într-o lățime de linie îngustă, ceea ce este dificil de realizat pentrulaser semiconductorşilasere cu fibră.
(4) Laser Brillouin
Laserul Brillouin se bazează pe efectul de împrăștiere Brillouin stimulată (SBS) pentru a obține o tehnologie de ieșire cu zgomot redus și lățime de linie îngustă. Principiul său este că, prin interacțiunea dintre foton și câmpul acustic intern, se produce o anumită deplasare de frecvență a fotonilor Stokes, amplificată continuu în lățimea de bandă a câștigului.
Figura 8 prezintă diagrama de nivel a conversiei SBS și structura de bază a laserului Brillouin.
Datorită frecvenței scăzute de vibrație a câmpului acustic, deplasarea de frecvență Brillouin a materialului este de obicei de doar 0,1-2 cm-1, așadar, cu laserul de 1064 nm ca lumină de pompare, lungimea de undă Stokes generată este adesea de doar aproximativ 1064,01 nm, dar aceasta înseamnă și că eficiența sa de conversie cuantică este extrem de mare (până la 99,99% în teorie). În plus, deoarece lățimea liniei de câștig Brillouin a mediului este de obicei doar de ordinul MHz-ghz (lățimea liniei de câștig Brillouin a unor medii solide este de doar aproximativ 10 MHz), aceasta este mult mai mică decât lățimea liniei de câștig a substanței de lucru laser de ordinul a 100 GHz, așadar, laserul Stokes excitat în laserul Brillouin poate prezenta un fenomen evident de îngustare a spectrului după amplificarea multiplă în cavitate, iar lățimea liniei de ieșire este cu câteva ordine de mărime mai îngustă decât lățimea liniei de pompare. În prezent, laserul Brillouin a devenit un punct fierbinte de cercetare în domeniul fotonicii, existând numeroase rapoarte despre ordinul Hz și sub-Hz al unei lățimi de linie extrem de înguste.
În ultimii ani, au apărut în domeniul dispozitivelor Brillouin cu structură de ghid de undăfotonică cu microunde...și se dezvoltă rapid în direcția miniaturizării, integrării înalte și rezoluției superioare. În plus, laserul spațial Brillouin, bazat pe noi materiale cristaline, cum ar fi diamantul, a intrat și el în viziunea oamenilor în ultimii doi ani, descoperirea sa inovatoare în puterea structurii ghidului de undă și blocajul SBS în cascadă, puterea laserului Brillouin la magnitudinea de 10 W, punând bazele extinderii aplicațiilor sale.
Joncțiune generală
Odată cu explorarea continuă a cunoștințelor de ultimă generație, laserele cu lățime de linie îngustă au devenit un instrument indispensabil în cercetarea științifică datorită performanțelor lor excelente, cum ar fi interferometrul laser LIGO pentru detectarea undelor gravitaționale, care utilizează o lățime de linie îngustă cu o singură frecvență.lasercu o lungime de undă de 1064 nm ca sursă de semințe, iar lățimea liniei luminii de semințe este în limita a 5 kHz. În plus, laserele cu lățime îngustă, cu lungime de undă reglabilă și fără salt de mod, prezintă, de asemenea, un mare potențial de aplicare, în special în comunicațiile coerente, care pot satisface perfect nevoile multiplexării prin diviziune a lungimii de undă (WDM) sau multiplexării prin diviziune a frecvenței (FDM) pentru reglarea lungimii de undă (sau a frecvenței) și se așteaptă să devină dispozitivul central al următoarei generații de tehnologie de comunicații mobile.
În viitor, inovarea materialelor laser și a tehnologiei de procesare va promova în continuare compresia lățimii liniei laser, îmbunătățirea stabilității frecvenței, extinderea intervalului de lungimi de undă și îmbunătățirea puterii, deschizând calea pentru explorarea umană a lumii necunoscute.
Data publicării: 29 noiembrie 2023