Hari ini, kami akan memperkenalkan laser "monokromatik" kepada laser linewidth yang melampau. Kemunculannya mengisi jurang dalam banyak bidang aplikasi laser, dan pada tahun-tahun kebelakangan ini telah digunakan secara meluas dalam pengesanan gelombang graviti, LiDAR, penderiaan yang diedarkan, komunikasi optik yang berkelajuan tinggi dan bidang lain, yang merupakan "misi" yang tidak dapat diselesaikan hanya dengan meningkatkan kuasa laser.
Apakah laser linewidth sempit?
Istilah "lebar garis" merujuk kepada lebar garis spektrum laser dalam domain frekuensi, yang biasanya dikira dari segi lebar penuh spektrum (FWHM). Linewidth terutamanya dipengaruhi oleh sinaran spontan atom atau ion yang teruja, bunyi fasa, getaran mekanikal resonator, jitter suhu dan faktor luaran yang lain. Semakin kecil nilai lebar garis, semakin tinggi kesucian spektrum, iaitu, semakin baik monokromatik laser. Laser dengan ciri -ciri sedemikian biasanya mempunyai fasa yang sangat sedikit atau bunyi kekerapan dan bunyi intensiti relatif yang sangat sedikit. Pada masa yang sama, lebih kecil nilai lebar linear laser, semakin kuat koheren yang sama, yang ditunjukkan sebagai panjang koheren yang sangat panjang.
Realisasi dan penerapan laser linewidth sempit
Terhad oleh linewidth keuntungan yang wujud dari bahan kerja laser, hampir mustahil untuk secara langsung merealisasikan output laser linewidth sempit dengan bergantung pada pengayun tradisional itu sendiri. Untuk merealisasikan operasi laser linewidth sempit, biasanya perlu menggunakan penapis, grating dan peranti lain untuk mengehadkan atau memilih modulus membujur dalam spektrum keuntungan, meningkatkan perbezaan keuntungan bersih di antara mod membujur, sehingga terdapat beberapa atau bahkan satu atau bahkan hanya satu oscillation longitudinal dalam resonator laser. Dalam proses ini, sering diperlukan untuk mengawal pengaruh bunyi pada output laser, dan meminimumkan peluasan garis spektrum yang disebabkan oleh perubahan getaran dan suhu persekitaran luaran; Pada masa yang sama, ia juga boleh digabungkan dengan analisis fasa atau kekerapan bunyi spektrum bunyi untuk memahami sumber bunyi dan mengoptimumkan reka bentuk laser, untuk mencapai output stabil laser linewidth sempit.
Mari kita perhatikan realisasi operasi linewidth sempit beberapa kategori laser yang berlainan.
Laser semikonduktor mempunyai kelebihan saiz padat, kecekapan tinggi, kehidupan yang panjang dan manfaat ekonomi.
Resonator optik Fabry-Perot (FP) yang digunakan dalam tradisionallaser semikonduktorSecara amnya berayun dalam mod multi-longitudinal, dan lebar garis output agak luas, jadi perlu untuk meningkatkan maklum balas optik untuk mendapatkan output lebar garis sempit.
Maklum balas yang diedarkan (DFB) dan refleksi Bragg yang diedarkan (DBR) adalah dua laser semikonduktor maklum balas optik dalaman yang biasa. Oleh kerana padang grating kecil dan selektiviti panjang gelombang yang baik, mudah untuk mencapai output linewidth sempit tunggal yang stabil. Perbezaan utama antara kedua -dua struktur adalah kedudukan grating: struktur DFB biasanya mengedarkan struktur berkala Bragg grating sepanjang resonator, dan resonator DBR biasanya terdiri daripada struktur grating refleksi dan rantau keuntungan yang diintegrasikan ke permukaan akhir. Di samping itu, laser DFB menggunakan gratings tertanam dengan kontras indeks refraktif yang rendah dan reflektif yang rendah. Laser DBR menggunakan gratings permukaan dengan kontras indeks refraktif yang tinggi dan pemantulan yang tinggi. Kedua -dua struktur mempunyai julat spektrum percuma yang besar dan boleh melakukan penalaan panjang gelombang tanpa melompat mod dalam julat beberapa nanometer, di mana laser DBR mempunyai julat penalaan yang lebih luas daripadaDFB Laser. Di samping itu, teknologi maklum balas optik rongga luaran, yang menggunakan elemen optik luaran untuk memberi maklum balas cahaya keluar cip laser semikonduktor dan pilih kekerapan, juga dapat merealisasikan operasi linewidth sempit laser semikonduktor.
(2) laser serat
Laser serat mempunyai kecekapan penukaran pam tinggi, kualiti rasuk yang baik dan kecekapan gandingan tinggi, yang merupakan topik penyelidikan panas dalam bidang laser. Dalam konteks usia maklumat, laser serat mempunyai keserasian yang baik dengan sistem komunikasi serat optik semasa di pasaran. Laser serat frekuensi tunggal dengan kelebihan lebar garis sempit, bunyi yang rendah dan koheren yang baik telah menjadi salah satu arah penting dalam perkembangannya.
Operasi mod longitudinal tunggal adalah teras laser serat untuk mencapai output lebar lebar sempit, biasanya mengikut struktur resonator laser gentian frekuensi tunggal boleh dibahagikan kepada jenis DFB, jenis DBR dan jenis cincin. Antaranya, prinsip kerja laser serat frekuensi DFB dan DBR adalah serupa dengan laser DFB dan DBR semikonduktor.
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, laser serat DFB adalah untuk menulis Bragg yang diedarkan ke dalam serat. Kerana panjang gelombang kerja pengayun dipengaruhi oleh tempoh serat, mod membujur boleh dipilih melalui maklum balas yang diedarkan dari grating. Resonator laser laser DBR biasanya dibentuk oleh sepasang serat bragg gratings, dan mod longitudinal tunggal dipilih terutamanya oleh band sempit dan gentian reflektiviti rendah Bragg gratings. Walau bagaimanapun, kerana resonator yang panjang, struktur kompleks dan kekurangan mekanisme diskriminasi frekuensi yang berkesan, rongga berbentuk cincin terdedah kepada hopping mod, dan sukar untuk bekerja dengan stabil dalam mod longitudinal yang berterusan untuk masa yang lama.
Rajah 1, dua struktur linear biasa kekerapan tunggallaser serat
Masa Post: Nov-27-2023