Laserová technologie úzké šířky čáry, druhá část

Laserová technologie úzké šířky čáry, druhá část

(3)Pevný laser

V roce 1960 byl prvním rubínovým laserem na světě pevnolátkový laser, vyznačující se vysokou výstupní energií a širším pokrytím vlnových délek. Jedinečná prostorová struktura pevnolátkového laseru jej činí flexibilnějším při návrhu výstupu s úzkou šířkou čáry. Mezi hlavní implementované metody v současnosti patří metoda krátké dutiny, metoda jednosměrné prstencové dutiny, intrakavitační standardní metoda, dutinová metoda torzního kyvadla, metoda objemových Braggových mřížek a metoda vstřikování semen.

Obrázek 7 ukazuje strukturu několika typických pevnolátkových laserů s jedním podélným videm.

Obrázek 7(a) ukazuje pracovní princip výběru jediného podélného režimu založeného na standardu FP v dutině, to znamená, že úzké spektrum přenosu šířky čáry standardu se používá ke zvýšení ztráty jiných podélných režimů, takže ostatní podélné režimy jsou odfiltrovány v procesu soutěže v režimu kvůli jejich malé propustnosti, aby se dosáhlo provozu v jednom podélném režimu. Kromě toho lze získat určitý rozsah výstupu ladění vlnové délky řízením úhlu a teploty standardu FP a změnou intervalu podélného režimu. OBR. 7(b) a (c) znázorňují neplanární prstencový oscilátor (NPRO) a metodu dutiny torzního kyvadla používané k získání výstupu s jedním podélným videm. Principem práce je, aby se paprsek šířil v rezonátoru v jednom směru, účinně eliminoval nerovnoměrné prostorové rozložení počtu obrácených částic v běžné dutině stojatých vln, a tak se zabránilo vlivu efektu hoření prostorových otvorů, aby se dosáhlo výstup v jednom podélném režimu. Princip výběru režimu hromadné Braggovy mřížky (VBG) je podobný jako u polovodičových a vláknových laserů s úzkou šířkou čáry zmíněných výše, to znamená, že oscilátor používá jako filtrační prvek VBG na základě jeho dobré spektrální selektivity a úhlové selektivity. osciluje na specifické vlnové délce nebo pásmu, aby se dosáhlo role podélného výběru režimu, jak je znázorněno na obrázku 7(d).
Současně lze podle potřeby zkombinovat několik metod výběru podélného režimu, aby se zlepšila přesnost výběru podélného režimu, dále zúžila šířka čáry nebo zvýšila intenzita konkurence režimu zavedením nelineární frekvenční transformace a dalších prostředků a rozšířila se výstupní vlnová délka laser při provozu v úzké šířce čáry, což je obtížnépolovodičový laseravláknové lasery.

(4) Brillouinův laser

Brillouin laser je založen na efektu stimulovaného Brillouinova rozptylu (SBS), aby se dosáhlo nízkého šumu, technologie výstupu s úzkou šířkou čáry, jeho princip spočívá v interakci fotonu a vnitřního akustického pole k vytvoření určitého frekvenčního posunu Stokesových fotonů a je nepřetržitě zesilován v rámci získat šířku pásma.

Obrázek 8 ukazuje hladinový diagram SBS konverze a základní strukturu Brillouinova laseru.

Vzhledem k nízké frekvenci vibrací akustického pole je Brillouinův frekvenční posun materiálu obvykle pouze 0,1-2 cm-1, takže s 1064 nm laserem jako čerpacím světlem je generovaná Stokesova vlnová délka často jen asi 1064,01 nm, ale to také znamená, že jeho kvantová konverzní účinnost je extrémně vysoká (až 99,99 % teoreticky). Kromě toho, protože šířka čáry Brillouin zisku média je obvykle pouze v řádu MHZ-ghz (šířka čáry Brillouin zisku některých pevných médií je pouze asi 10 MHz), je mnohem menší než šířka čáry zisku laserové pracovní látky. řádově 100 GHz, takže Stokes excitovaný v Brillouinově laseru může vykazovat zjevný jev zúžení spektra po vícenásobném zesílení v dutině a jeho výstupní čára je o několik řádů užší než šířka čáry čerpadla. V současné době se Brillouinův laser stal aktivním bodem výzkumu v oblasti fotoniky a existuje mnoho zpráv o Hz a sub-Hz řádu extrémně úzké šířky čáry.

V posledních letech se v oboru objevila zařízení Brillouin s vlnovodnou strukturoumikrovlnná fotonikaa rychle se vyvíjejí směrem k miniaturizaci, vysoké integraci a vyššímu rozlišení. Kromě toho vesmírný laser Brillouin založený na nových krystalických materiálech, jako je diamant, také vstoupil v posledních dvou letech do vize lidí, jeho inovativní průlom v síle struktury vlnovodu a kaskádové úzké místo SBS, síla Brillouin laseru do 10 W, čímž se položil základ pro rozšíření jeho použití.
Obecná křižovatka
Díky neustálému zkoumání špičkových znalostí se lasery s úzkou šířkou čáry staly nepostradatelným nástrojem ve vědeckém výzkumu se svým vynikajícím výkonem, jako je laserový interferometr LIGO pro detekci gravitačních vln, který využívá úzkou šířku čáry o jedné frekvenci.lasers vlnovou délkou 1064 nm jako zdroj zárodku a šířka čáry zárodečného světla je do 5 kHz. Navíc lasery s úzkou šířkou s laditelnou vlnovou délkou a bez skokového módu také vykazují velký aplikační potenciál, zejména v koherentních komunikacích, které mohou dokonale vyhovět potřebám vlnového multiplexování (WDM) nebo frekvenčního multiplexování (FDM) pro vlnovou délku (nebo frekvenci). ) laditelnost a očekává se, že se stane základním zařízením příští generace mobilních komunikačních technologií.
V budoucnu inovace laserových materiálů a technologie zpracování dále podpoří kompresi šířky laserové čáry, zlepšení frekvenční stability, rozšíření rozsahu vlnových délek a zlepšení výkonu, což připraví cestu pro lidský průzkum neznámého světa.