Kapealinjainen lasertekniikka, osa 2

Kapealinjainen lasertekniikka, osa 2

(3)Solid state laser

Vuonna 1960 maailman ensimmäinen rubiinilaser oli solid-state laser, jolle oli tunnusomaista korkea lähtöenergia ja laajempi aallonpituuspeitto.Solid-state laserin ainutlaatuinen tilarakenne tekee siitä joustavamman kapean viivanleveyden lähdön suunnittelussa.Tällä hetkellä tärkeimpiä toteutettuja menetelmiä ovat lyhyt ontelomenetelmä, yksisuuntainen rengasontelomenetelmä, sisäontelomenetelmä, vääntöheilurimoodin ontelomenetelmä, tilavuus-Bragg-ritilämenetelmä ja siemeninjektiomenetelmä.

Kuvassa 7 on esitetty useiden tyypillisten yksipitkittäismuotoisten solid-state-laserien rakenne.

Kuva 7(a) esittää yhden pitkittäismuodon valinnan toimintaperiaatteen, joka perustuu in-cavity FP -standardiin, eli standardin kapeaa viivanleveyden siirtospektriä käytetään lisäämään muiden pitkittäisten moodien häviötä, jotta muut pitkittäiset tilat suodatetaan pois moodikilpailuprosessissa niiden pienen läpäisykyvyn vuoksi, jotta saavutetaan yksi pituussuuntainen toiminta.Lisäksi tietty alue aallonpituuden virityslähtöä voidaan saada säätämällä FP-standardin kulmaa ja lämpötilaa sekä muuttamalla pitkittäismuotoväliä.KUVA.Kuvat 7(b) ja (c) esittävät ei-tasomaista rengasoskillaattoria (NPRO) ja vääntöheilurimoodin ontelomenetelmää, joita käytetään yhden pitkittäismuotoisen lähdön saamiseksi.Toimintaperiaate on saada säde etenemään yhteen suuntaan resonaattorissa, tehokkaasti eliminoimaan käänteisten hiukkasten lukumäärän epätasainen tilajakauma tavallisessa seisovan aallon ontelossa ja siten välttämään spatiaalisen aukon polttovaikutuksen vaikutusta yksi pituussuuntainen lähtö.Bulk Bragg -hilan (VBG) -moodivalinnan periaate on samanlainen kuin aiemmin mainittujen puolijohde- ja kuitukapeiden viivanleveyslaserien, eli käyttämällä VBG:tä suodatinelementtinä sen hyvän spektriselektiivisyyden ja kulmaselektiivisyyden perusteella, oskillaattori. värähtelee tietyllä aallonpituudella tai kaistalla saavuttaakseen pitkittäismuodon valinnan roolin, kuten kuvassa 7(d) esitetään.
Samalla voidaan yhdistää useita pitkittäismuodon valintamenetelmiä tarpeiden mukaan parantaa pitkittäismuodon valinnan tarkkuutta, kaventaa edelleen viivanleveyttä tai lisätä moodikilpailun intensiteettiä ottamalla käyttöön epälineaarinen taajuusmuunnos ja muita keinoja sekä laajentaa lähtöaallonpituutta. laserin toimiessa kapealla viivanleveydellä, mikä on vaikeaapuolijohdelaserjakuitulaserit.

(4) Brillouin-laser

Brillouin-laser perustuu stimuloituun Brillouin-sironta (SBS) -efektiin, jolla saadaan aikaan matalakohinainen, kapea viivaleveyslähtötekniikka. Sen periaate on, että fotonin ja sisäisen akustisen kentän vuorovaikutus tuottaa tietyn Stokes-fotonien taajuussiirtymän, ja sitä vahvistetaan jatkuvasti saada kaistanleveyttä.

Kuvassa 8 on esitetty SBS-konversion tasokaavio ja Brillouin-laserin perusrakenne.

Akustisen kentän alhaisesta värähtelytaajuudesta johtuen materiaalin Brillouin-taajuussiirtymä on yleensä vain 0,1-2 cm-1, joten 1064 nm laserilla pumpun valona syntyy Stokes-aallonpituus usein vain noin 1064,01 nm, mutta tämä tarkoittaa myös, että sen kvanttimuunnostehokkuus on erittäin korkea (teoriassa jopa 99,99 %).Lisäksi, koska väliaineen Brillouinin vahvistusviivanleveys on yleensä vain MHZ-ghz:n suuruusluokkaa (joidenkin kiinteiden välineiden Brillouinin vahvistusviivanleveys on vain noin 10 MHz), se on paljon pienempi kuin lasertyöaineen vahvistusviivanleveys. 100 GHz:n luokkaa, joten Brillouin-laserilla virittynyt Stokes voi osoittaa ilmeisen spektrin kaventuvan ilmiön moninkertaisen vahvistuksen jälkeen onkalossa, ja sen lähtölinjan leveys on useita suuruusluokkia kapeampi kuin pumppulinjan leveys.Tällä hetkellä Brillouin-laserista on tullut fotoniikan alan tutkimuskeskus, ja erittäin kapean viivanleveyden Hz- ja alihertsistä on raportoitu useita.

Viime vuosina alalla on ilmaantunut aaltoputkirakenteisia Brillouin-laitteitamikroaaltofotoniikka, ja ne kehittyvät nopeasti miniatyrisoinnin, korkean integroinnin ja korkeamman resoluution suuntaan.Lisäksi uusiin kidemateriaaleihin, kuten timanttiin, perustuva avaruudessa toimiva Brillouin-laser on tullut ihmisten näkemyksiin viimeisen kahden vuoden aikana, sen innovatiivinen läpimurto aaltoputkirakenteen tehossa ja kaskadin SBS-pullonkaulassa, Brillouin-laserin tehossa. 10 W:iin, mikä luo perustan sen sovelluksen laajentamiselle.
Yleinen risteys
Jatkuvan huippuosaamisen tutkimisen myötä kapean viivanleveyden lasereista on tullut korvaamaton työkalu tieteellisessä tutkimuksessa niiden erinomaisella suorituskyvyllä, kuten gravitaatioaaltojen havaitsemiseen tarkoitettu laserinterferometri LIGO, joka käyttää yhden taajuuden kapeaa viivanleveyttä.laserjonka aallonpituus on 1064 nm siemenlähteenä ja siemenvalon viivanleveys on 5 kHz:n sisällä.Lisäksi kapealeveiset laserit, joissa on viritettävä aallonpituus ja joissa ei ole moodihyppyä, tarjoavat myös suurta sovelluspotentiaalia, erityisesti koherentissa viestinnässä, joka voi täyttää täydellisesti aallonpituusjakoisen multipleksauksen (WDM) tai taajuusjakoisen multipleksauksen (FDM) tarpeet aallonpituuden (tai taajuuden) suhteen. ) viritettävyyttä, ja siitä odotetaan tulevan seuraavan sukupolven matkaviestintätekniikan ydinlaite.
Tulevaisuudessa lasermateriaalien ja prosessointiteknologian innovaatiot edistävät edelleen laserlinjan leveyden pakkaamista, taajuuden stabiilisuuden parantamista, aallonpituusalueen laajentamista ja tehon parantamista, mikä tasoittaa tietä ihmisen tutkimiselle tuntemattomaan maailmaan.