Dnes představíme „monochromatický“ laser do extrémního - úzkého šířkového laseru. Jeho vznik zaplňuje mezery v mnoha aplikačních polích laseru a v posledních letech se v posledních letech široce používá při detekci gravitační vlny, LiDAR, distribuované snímání, vysokorychlostní koherentní optickou komunikaci a další pole, což je „poslání“, které nelze dokončit pouze zlepšením laserové síly.
Co je to úzký laser šířky šířky?
Termín „šířka linie“ odkazuje na šířku spektrální linie laseru ve frekvenční doméně, která je obvykle kvantifikována z hlediska poloviční plné šířky spektra (FWHM). Šířská šířka je ovlivněna hlavně spontánním zářením excitovaných atomů nebo iontů, fázovým šumem, mechanickým vibracím rezonátoru, teplotním chvěním a dalšími vnějšími faktory. Čím menší je hodnota šířky linky, tím vyšší čistota spektra, to je, tím lepší je monochromatičnost laseru. Lasery s takovými charakteristikami mají obvykle velmi malý fázový nebo frekvenční šum a velmi malý šum relativní intenzity. Současně čím menší je lineární šířka hodnoty laseru, tím silnější je odpovídající koherence, která se projevuje jako extrémně dlouhá délka koherence.
Realizace a aplikace úzkého laseru sWidth
Omezeno inherentní šířkou linie zisku pracovní látky laseru, je téměř nemožné přímo realizovat výstup úzkého šířka šířky laseru spoléháním na samotný tradiční oscilátor. Aby bylo možné realizovat provoz úzkého šílenství šířky laseru, je obvykle nutné používat filtry, mřížku a další zařízení k omezení nebo výběru podélného modulu ve spektru zisku, čímž se zvýší rozdíl mezi podélnými režimy, takže v laserovém rezonátoru je několik nebo dokonce jeden longitudinální režim. V tomto procesu je často nutné kontrolovat vliv šumu na výstup laseru a minimalizovat rozšíření spektrálních linií způsobených vibracemi a teplotními změnami vnějšího prostředí; Současně lze také kombinovat s analýzou fázové nebo frekvenční šumové spektrální hustoty, aby bylo možné porozumět zdroji šumu a optimalizovat návrh laseru, aby bylo dosaženo stabilního výstupu úzkého šílenství laseru.
Pojďme se podívat na realizaci úzké liniové operace několika různých kategorií laserů.
Polovodičové lasery mají výhody kompaktní velikosti, vysoké účinnosti, dlouhé životnosti a ekonomické výhody.
Optický rezonátor Fabry-Perot (FP) používaný v tradičnímpolovodičové laseryObecně osciluje v multi-longitudinálním režimu a šířka výstupní linky je relativně široká, takže je nutné zvýšit optickou zpětnou vazbu, aby se získal výstup úzké šířky linie.
Distribuovaná zpětná vazba (DFB) a distribuovaná Bragg Reflection (DBR) jsou dva typické interní optické zpětné vazby polovodičové lasery. Vzhledem k malému rozteče mřížky a dobré selektivitě vlnové délky je snadné dosáhnout stabilního jednofrekvenčního úzkého výstupu šířky šířky. Hlavní rozdíl mezi oběma strukturami je poloha mřížky: struktura DFB obvykle distribuuje periodickou strukturu Braggovy mřížky v rezonátoru a rezonátor DBR je obvykle složen z odrazové mřížky a oblasti zisku integrovanou do koncového povrchu. Kromě toho lasery DFB používají zabudované mřížky s nízkým kontrastem indexu lomu a nízkou odrazivostí. Lasery DBR používají povrchové mřížky s kontrastem s vysokým indexem refrakčního indexu a vysokou odrazivostí. Obě struktury mají velký volný spektrální rozsah a mohou provádět ladění vlnových délek bez skoku režimu v rozsahu několika nanometrů, kde DBR laser má širší rozsah ladění nežDFB Laser. Technologie optické zpětné vazby v externí dutině, která používá externí optické prvky ke zpětné vazbě odchozího světla polovodičového laserového čipu a výběr frekvence, může také realizovat úzkou operaci šířky šňůry polovodičového laseru.
(2) vláknité lasery
Lasery vlákniny mají vysokou účinnost přeměny čerpadla, dobrou kvalitu paprsku a vysokou účinnost spojování, což jsou témata horkého výzkumu v laserovém poli. V kontextu informačního věku mají vlákno lasery dobrou kompatibilitu se současnými komunikačními systémy optických vláken na trhu. Jednofrekvenční laser vlákna s výhodami úzké šířky linie, nízkým šumem a dobré koherence se stal jedním z důležitých směrů jeho vývoje.
Provoz jednoho podélného režimu je jádrem laseru vlákna k dosažení úzkého výstupu šířky linie, obvykle podle struktury rezonátoru jednotného frekvenčního laseru vlákna lze rozdělit na typ DFB, typ DBR a typu kruhu. Mezi nimi je pracovní princip jednofrekvenčních vláken DFB a DBR podobný principu polovodičových laserů DFB a DBR.
Jak je znázorněno na obrázku 1, laser vlákna DFB je napsat distribuovanou Braggovu mřížku do vlákna. Protože pracovní vlnová délka oscilátoru je ovlivněna periodou vlákna, může být podélný režim vybrán prostřednictvím distribuované zpětné vazby mřížky. Laserový rezonátor DBR laseru je obvykle tvořen dvojicí vláken Bragg mřížky a jediný podélný režim je vybírán hlavně úzkým pásem a nízkou reflektivitou vlákniny. Avšak vzhledem k jeho dlouhému rezonátoru, komplexní struktuře a nedostatku efektivní mechanismu diskriminace frekvencí je dutina ve tvaru kruhu náchylná k poskakování režimu a je obtížné stabilně pracovat v konstantním podélném režimu po dlouhou dobu.
Obrázek 1, dvě typické lineární struktury jedné frekvencevláknité lasery
Čas příspěvku:-27-2023