Tänään esittelemme ”yksivärisen” laserin äärimmäiselle - kapealle linjanleveyslaserille. Sen esiintyminen täyttää aukot monissa laserkenttien levityskenttiissä, ja sitä on viime vuosina käytetty laajasti gravitaatioaaltojen havaitsemisessa, lidarissa, hajautetussa tunnistuksessa, nopeassa koherentissa optisessa viestinnässä ja muissa kentissä, mikä on ”tehtävä”, jota ei voida suorittaa vain parantamalla laservoimaa.
Mikä on kapea linjanleveyslaser?
Termi ”linjan leveys” viittaa laserin spektrin viivan leveyteen taajuusalueella, joka yleensä kvantifioituu spektrin (FWHM) puolipeak-kokonaisleveyden suhteen. Vilja -atomien tai -ionien spontaani säteily vaikuttaa pääasiassa linjanleveyteen, vaihemelu, resonaattorin mekaaninen värähtely, lämpötilavälin ja muut ulkoiset tekijät. Mitä pienempi linjan leveyden arvo, sitä suurempi spektrin puhtaus, toisin sanoen, sitä parempi laserin yksivärisyys. Lasereilla, joilla on sellaisia ominaisuuksia, on yleensä hyvin vähän vaihe- tai taajuusmelu ja hyvin vähän suhteellisen voimakkuuden kohinaa. Samanaikaisesti mitä pienempi laserin lineaarinen leveysarvo, sitä vahvempi vastaava koherenssi, joka ilmenee erittäin pitkänä koheesiopituutena.
Kapean linjanleveyslaserin toteuttaminen ja soveltaminen
Laserin työskentelevän aineen luontainen vahvistuslinja on melkein mahdotonta suoraan toteuttaa kapean linjanleveyslaserin lähtöä luottamalla itse perinteiseen oskillaattoriin. Kapean viivanleveyslaserin toiminnan toteuttamiseksi on yleensä tarpeen käyttää suodattimia, ritilää ja muita laitteita pitkittäismoduulin rajoittamiseen tai valitsemiseen pituussuuntaisten moduulien lisäämiseksi, nettovahvistuksen eroa pitkittäismoodien välillä on niin, että laserresonatorissa on muutama pitkittäismuotoinen värähtely. Tässä prosessissa on usein tarpeen hallita melun vaikutusta laserlentoon ja minimoida ulkoisen ympäristön värähtelyn ja lämpötilan muutosten aiheuttamat spektriviivat; Samanaikaisesti se voidaan yhdistää myös vaiheen tai taajuuden kohinan spektritiheyden analyysiin melun lähteen ymmärtämiseksi ja laserin suunnittelun optimoimiseksi, jotta kapean viivanleveyslaserin vakaa lähtö saavutetaan.
Katsotaanpa useiden eri laseriluokkien kapean linjanleveyden toiminnan toteuttamista.
Puolijohdelasereilla on edut kompakti koon, korkean tehokkuuden, pitkän käyttöiän ja taloudellisten etujen edut.
Fabry-Perot (FP) -optinen resonaattori, jota käytetään perinteisessäpuolijohdelaseritYleensä värähtelee monitieteellisessä tilassa, ja lähtöviivan leveys on suhteellisen leveä, joten on tarpeen lisätä optista palautetta kapean viivan leveyden saadun saamiseksi.
Hajautettu palaute (DFB) ja hajautettu Bragg -heijastus (DBR) ovat kaksi tyypillistä sisäistä optista palautteen puolijohdelaseria. Pienen ritilän ja hyvän aallonpituuden selektiivisyyden vuoksi on helppo saavuttaa stabiili yhden taajuuden kapea viivaleveyden lähtö. Tärkein ero näiden kahden rakenteen välillä on ritiläasento: DFB -rakenne jakautuu yleensä Bragg -ritilän jaksollisen rakenteen koko resonaattorissa, ja DBR: n resonaattori koostuu yleensä heijastuksen ritilärakenteesta ja vahvistusalueesta, joka on integroitu päätypintaan. Lisäksi DFB -laserit käyttävät sulautettuja ritivoja, joilla on alhainen taitekerroin kontrasti ja alhainen heijastavuus. DBR -laserit käyttävät pintahuoltoa, jolla on korkea taitekerroin kontrasti ja korkea heijastavuus. Molemmilla rakenteilla on suuri vapaa spektrialue, ja ne voivat suorittaa aallonpituuden viritystä ilman moodin hyppyä muutaman nanometrin alueella, missä DBR -laserilla on laajempi viritysalue kuinDFB -laser. Lisäksi ulkoinen onkalon optinen palautetekniikka, joka käyttää ulkoisia optisia elementtejä palauttamaan puolijohdelaserirun lähtevän valon ja valitsemaan taajuus, voi myös toteuttaa puolijohdelaserin kapean viivanleveyden toiminnan.
(2) kuitulaserit
Kuitulasereilla on korkea pumpun muuntamistehokkuus, hyvä säteen laatu ja korkea kytkentätehokkuus, jotka ovat laserkentän kuuma tutkimusaihe. Tietokauden yhteydessä kuitulasereilla on hyvä yhteensopivuus markkinoiden nykyisten optisten kuitujen viestintäjärjestelmien kanssa. Yhden taajuuden kuitulaserista kapean viivan leveyden, alhaisen melun ja hyvän johdonmukaisuuden eduista on tullut yksi sen kehityksen tärkeistä suunnista.
Yksittäinen pitkittäismuodon käyttö on kuitulaserin ydin kapean viivan leveyden ulostulon saavuttamiseksi, yleensä yksitaajuuskuitulaserin resonaattorin rakenteen mukaan voidaan jakaa DFB-tyyppiin, DBR-tyyppiin ja rengastyyppiin. Heidän joukossaan DFB- ja DBR: n yksitaajuuskuitulaserien toimintaperiaate on samanlainen kuin DFB- ja DBR-puolijohdelaserien.
Kuten kuviossa 1 esitetään, DFB -kuitulaser on kirjoitettava hajautettu Bragg -ritilä kuituun. Koska kuitujakso vaikuttaa oskillaattorin työaallonpituuteen, pitkittäinen tila voidaan valita ritilän hajautetun palautteen kautta. DBR -laserin laserresonaattori muodostuu yleensä kuituparin parilla, ja yhden pitkittäismoodin valitaan pääasiassa kapealla kaistalla ja alhaisella heijastuskuitu Bragg -ritilällä. Pitkän resonaattorinsa, monimutkaisen rakenteen ja tehokkaan taajuuden syrjintämekanismin puuttumisen vuoksi rengasmuotoinen onkalo on kuitenkin alttiita moodin hyppäämiselle, ja on vaikea toimia vakaasti jatkuvassa pitkittäismuodossa pitkään.
Kuva 1, kaksi tyypillistä yhden taajuuden lineaarista rakennettakuitulaserit
Viestin aika: marraskuu-27-2023