Technologie laseru s úzkou šířkou čáry, druhá část
V roce 1960 byl prvním rubínovým laserem na světě laser v pevné fázi, který se vyznačoval vysokou výstupní energií a širším vlnovým pokrytím. Unikátní prostorová struktura laseru v pevné fázi umožňuje flexibilnější návrh úzkého výstupu s úzkou šířkou čáry. V současné době mezi hlavní používané metody patří metoda krátké dutiny, metoda jednosměrné prstencové dutiny, metoda standardní dutiny uvnitř dutiny, metoda torzního kyvadlového režimu dutiny, metoda objemové Braggovy mřížky a metoda vstřikování semen.
Obrázek 7 ukazuje strukturu několika typických jednomodových pevnolátkových laserů.
Obrázek 7(a) znázorňuje princip fungování selekce jednoho podélného módu na základě standardu FP v dutině, tj. úzké šířkové propustné spektrum standardu se používá ke zvýšení ztráty ostatních podélných módů, takže ostatní podélné módy jsou v procesu konkurence módů filtrovány kvůli jejich malé propustnosti, aby se dosáhlo provozu s jedním podélným módem. Kromě toho lze dosáhnout určitého rozsahu ladění vlnové délky regulací úhlu a teploty standardu FP a změnou intervalu podélného módu. Obr. 7(b) a (c) znázorňují metodu neplanárního prstencového oscilátoru (NPRO) a metodu torzní kyvadlové dutiny použité k získání výstupu s jedním podélným módem. Princip fungování spočívá v šíření paprsku v rezonátoru jedním směrem, účinně eliminuje nerovnoměrné prostorové rozložení počtu obrácených částic v běžné dutině se stojatými vlnami a tím se vyhne vlivu prostorového efektu vypalování děr, aby se dosáhlo výstupu s jedním podélným módem. Princip selekce módů pomocí objemové Braggovy mřížky (VBG) je podobný principu polovodičových a vláknových laserů s úzkou šířkou čáry zmíněných dříve, to znamená, že použitím VBG jako filtračního prvku, na základě jeho dobré spektrální selektivity a úhlové selektivity, oscilátor osciluje na specifické vlnové délce nebo pásmu, aby dosáhl role podélné selekce módů, jak je znázorněno na obrázku 7(d).
Zároveň lze kombinovat několik metod podélného výběru módů podle potřeb, aby se zlepšila přesnost podélného výběru módů, dále zúžila šířka čáry nebo zvýšila intenzita konkurence módů zavedením nelineární frekvenční transformace a dalších prostředků a rozšířila se výstupní vlnová délka laseru při provozu v úzké šířce čáry, což je obtížné provést pro...polovodičový laseravláknové lasery.
(4) Brillouinův laser
Brillouinův laser je založen na stimulovaném Brillouinově rozptylu (SBS) pro dosažení nízkošumové technologie výstupu s úzkou šířkou čáry. Jeho princip spočívá v interakci fotonu a vnitřního akustického pole, která vytváří určitý frekvenční posun Stokesových fotonů a je kontinuálně zesilována v rámci šířky pásma zesílení.
Obrázek 8 ukazuje diagram úrovní SBS konverze a základní strukturu Brillouinova laseru.
Vzhledem k nízké frekvenci vibrací akustického pole je Brillouinov frekvenční posun materiálu obvykle pouze 0,1–2 cm⁻¹, takže s laserem o vlnové délce 1064 nm jako budicím světlem je generovaná Stokesova vlnová délka často pouze kolem 1064,01 nm, což také znamená, že jeho účinnost kvantové konverze je extrémně vysoká (teoreticky až 99,99 %). Kromě toho, protože šířka čáry Brillouinova zesílení média je obvykle pouze řádově v MHz-GHz (šířka čáry Brillouinova zesílení některých pevných médií je pouze kolem 10 MHz), je mnohem menší než šířka čáry zesílení laserové pracovní látky řádově 100 GHz, takže Stokesovo buzení v Brillouinově laseru může po vícenásobném zesílení v dutině vykazovat zjevný jev zúžení spektra a šířka jeho výstupní čáry je o několik řádů užší než šířka čáry budicího světla. V současné době se Brillouinův laser stal výzkumným centrem v oblasti fotoniky a existuje mnoho zpráv o extrémně úzkém výstupu šířky čáry v Hz a subHz rozsahu.
V posledních letech se v oblasti objevily Brillouinovy zařízení s vlnovodovou strukturou.mikrovlnná fotonikaa rychle se vyvíjejí směrem k miniaturizaci, vysoké integraci a vyššímu rozlišení. Kromě toho se v posledních dvou letech do povědomí lidí dostal i vesmírný Brillouinův laser založený na nových krystalických materiálech, jako je diamant. Jeho inovativní průlom ve výkonu vlnovodové struktury a kaskádovém SBS úzkém místě dosáhl výkonu Brillouinova laseru magnitudy 10 W, čímž položil základy pro rozšíření jeho aplikace.
Obecná křižovatka
Díky neustálému zkoumání nejmodernějších poznatků se lasery s úzkou šířkou čáry staly nepostradatelným nástrojem ve vědeckém výzkumu díky svému vynikajícímu výkonu, jako je například laserový interferometr LIGO pro detekci gravitačních vln, který využívá jednofrekvenční laser s úzkou šířkou čáry.lasers vlnovou délkou 1064 nm jako zdrojem semen a šířkou čáry semenného světla do 5 kHz. Kromě toho lasery s úzkou šířkou pásma s laditelnou vlnovou délkou a bez skoku módu vykazují velký aplikační potenciál, zejména v koherentní komunikaci, která dokáže dokonale splnit potřeby multiplexování s vlnovým dělením (WDM) nebo multiplexování s frekvenčním dělením (FDM) pro laditelnost vlnové délky (nebo frekvence) a očekává se, že se stanou základním zařízením nové generace mobilních komunikačních technologií.
V budoucnu inovace laserových materiálů a technologií zpracování dále podpoří kompresi šířky laserového záření, zlepšení frekvenční stability, rozšíření rozsahu vlnových délek a zlepšení výkonu, což připraví cestu pro lidské objevování neznámého světa.
Čas zveřejnění: 29. listopadu 2023