Teknologi Laser Lebar Garis Sempit Bahagian Dua
Pada tahun 1960, laser ruby pertama di dunia merupakan laser keadaan pepejal, yang dicirikan oleh tenaga output yang tinggi dan liputan panjang gelombang yang lebih luas. Struktur ruang laser keadaan pepejal yang unik menjadikannya lebih fleksibel dalam reka bentuk output lebar garis yang sempit. Pada masa ini, kaedah utama yang dilaksanakan termasuk kaedah rongga pendek, kaedah rongga cincin sehala, kaedah piawai intrakaviti, kaedah rongga mod pendulum kilasan, kaedah parutan Bragg isipadu dan kaedah suntikan benih.
Rajah 7 menunjukkan struktur beberapa laser keadaan pepejal mod membujur tunggal yang tipikal.
Rajah 7(a) menunjukkan prinsip kerja pemilihan mod membujur tunggal berdasarkan piawaian FP dalam rongga, iaitu spektrum penghantaran lebar garis sempit piawaian digunakan untuk meningkatkan kehilangan mod membujur lain, supaya mod membujur lain ditapis keluar dalam proses persaingan mod disebabkan oleh transmisinya yang kecil, untuk mencapai operasi mod membujur tunggal. Di samping itu, julat output penalaan panjang gelombang tertentu boleh diperolehi dengan mengawal Sudut dan suhu piawaian FP dan mengubah selang mod membujur. RAJAH 7(b) dan (c) menunjukkan pengayun cincin bukan satah (NPRO) dan kaedah rongga mod pendulum kilasan yang digunakan untuk mendapatkan output mod membujur tunggal. Prinsip kerja adalah untuk membuat pancaran merambat dalam satu arah dalam resonator, dengan berkesan menghapuskan taburan ruang yang tidak sekata bagi bilangan zarah terbalik dalam rongga gelombang berdiri biasa, dan dengan itu mengelakkan pengaruh kesan pembakaran lubang ruang untuk mencapai output mod membujur tunggal. Prinsip pemilihan mod kekisi Bragg pukal (VBG) adalah serupa dengan laser lebar garis sempit semikonduktor dan gentian yang dinyatakan sebelum ini, iaitu, dengan menggunakan VBG sebagai elemen penapis, berdasarkan selektiviti spektrum dan selektiviti Sudut yang baik, pengayun berayun pada panjang gelombang atau jalur tertentu untuk mencapai peranan pemilihan mod membujur, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 7(d).
Pada masa yang sama, beberapa kaedah pemilihan mod membujur boleh digabungkan mengikut keperluan untuk meningkatkan ketepatan pemilihan mod membujur, mempersempitkan lagi lebar garis, atau meningkatkan keamatan persaingan mod dengan memperkenalkan transformasi frekuensi tak linear dan cara lain, dan mengembangkan panjang gelombang output laser semasa beroperasi dalam lebar garis yang sempit, yang sukar dilakukan untuklaser semikonduktordanlaser gentian.
(4) Laser Brillouin
Laser Brillouin berdasarkan kesan penyebaran Brillouin yang dirangsang (SBS) untuk mendapatkan teknologi output lebar garis yang sempit dan hingar rendah. Prinsipnya adalah melalui interaksi foton dan medan akustik dalaman untuk menghasilkan anjakan frekuensi tertentu bagi foton Stokes, dan dikuatkan secara berterusan dalam lebar jalur gandaan.
Rajah 8 menunjukkan gambarajah aras penukaran SBS dan struktur asas laser Brillouin.
Disebabkan frekuensi getaran medan akustik yang rendah, anjakan frekuensi Brillouin bahan biasanya hanya 0.1-2 cm-1, jadi dengan laser 1064 nm sebagai cahaya pam, panjang gelombang Stokes yang dijana selalunya hanya kira-kira 1064.01 nm, tetapi ini juga bermakna kecekapan penukaran kuantumnya sangat tinggi (sehingga 99.99% secara teori). Di samping itu, kerana lebar garis gandaan Brillouin medium biasanya hanya dalam susunan MHZ-ghz (lebar garis gandaan Brillouin bagi sesetengah media pepejal hanya kira-kira 10 MHz), ia jauh lebih rendah daripada lebar garis gandaan bahan kerja laser dalam susunan 100 GHz, jadi, Stokes yang teruja dalam laser Brillouin boleh menunjukkan fenomena penyempitan spektrum yang jelas selepas amplifikasi berganda dalam rongga, dan lebar garisan outputnya adalah beberapa peringkat magnitud lebih sempit daripada lebar garisan pam. Pada masa ini, laser Brillouin telah menjadi tumpuan penyelidikan dalam bidang fotonik, dan terdapat banyak laporan mengenai tertib Hz dan sub-Hz bagi output lebar garis yang sangat sempit.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, peranti Brillouin dengan struktur pandu gelombang telah muncul dalam bidangfotonik gelombang mikro, dan sedang berkembang pesat ke arah pengecilan, integrasi tinggi dan resolusi yang lebih tinggi. Di samping itu, laser Brillouin yang beroperasi di angkasa lepas berdasarkan bahan kristal baharu seperti berlian juga telah memasuki wawasan orang ramai dalam tempoh dua tahun yang lalu, penemuan inovatifnya dalam kuasa struktur pandu gelombang dan kesesakan SBS lata, kuasa laser Brillouin kepada magnitud 10 W, meletakkan asas untuk mengembangkan aplikasinya.
Persimpangan umum
Dengan penerokaan berterusan pengetahuan canggih, laser lebar garis sempit telah menjadi alat yang sangat diperlukan dalam penyelidikan saintifik dengan prestasi cemerlangnya, seperti interferometer laser LIGO untuk pengesanan gelombang graviti, yang menggunakan lebar garis sempit frekuensi tunggal.laserdengan panjang gelombang 1064 nm sebagai sumber benih, dan lebar garis cahaya benih berada dalam lingkungan 5 kHz. Di samping itu, laser lebar sempit dengan panjang gelombang boleh tala dan tiada lompatan mod juga menunjukkan potensi aplikasi yang hebat, terutamanya dalam komunikasi koheren, yang dapat memenuhi keperluan pemultipleksan pembahagian panjang gelombang (WDM) atau pemultipleksan pembahagian frekuensi (FDM) dengan sempurna untuk kebolehtalaan panjang gelombang (atau frekuensi), dan dijangka menjadi peranti teras teknologi komunikasi mudah alih generasi akan datang.
Pada masa hadapan, inovasi bahan laser dan teknologi pemprosesan akan terus menggalakkan pemampatan lebar garis laser, peningkatan kestabilan frekuensi, pengembangan julat panjang gelombang dan peningkatan kuasa, sekali gus membuka jalan untuk penerokaan manusia ke dunia yang tidak diketahui.
Masa siaran: 29 Nov-2023