Hari ini, kami akan memperkenalkan laser "monokromatik" kepada laser lebar garis yang melampau - sempit.Kemunculannya mengisi jurang dalam banyak bidang aplikasi laser, dan dalam beberapa tahun kebelakangan ini telah digunakan secara meluas dalam pengesanan gelombang graviti, liDAR, penderiaan teragih, komunikasi optik koheren berkelajuan tinggi dan bidang lain, yang merupakan "misi" yang tidak boleh diselesaikan hanya dengan meningkatkan kuasa laser.
Apakah laser lebar talian sempit?
Istilah "lebar garisan" merujuk kepada lebar garis spektrum laser dalam domain frekuensi, yang biasanya dikira dari segi lebar penuh separuh puncak spektrum (FWHM).Lebar garis dipengaruhi terutamanya oleh sinaran spontan atom atau ion teruja, bunyi fasa, getaran mekanikal resonator, jitter suhu dan faktor luaran yang lain.Lebih kecil nilai lebar garis, lebih tinggi ketulenan spektrum, iaitu, lebih baik monokromatik laser.Laser dengan ciri sedemikian biasanya mempunyai bunyi fasa atau frekuensi yang sangat sedikit dan bunyi intensiti relatif yang sangat sedikit.Pada masa yang sama, semakin kecil nilai lebar linear laser, semakin kuat koheren sepadan, yang ditunjukkan sebagai panjang koheren yang sangat panjang.
Realisasi dan penggunaan laser lebar garis sempit
Terhad oleh lebar garisan keuntungan yang wujud bagi bahan kerja laser, hampir mustahil untuk merealisasikan secara langsung output laser lebar garis sempit dengan bergantung pada pengayun tradisional itu sendiri.Untuk merealisasikan operasi laser lebar garis yang sempit, biasanya perlu menggunakan penapis, grating dan peranti lain untuk mengehadkan atau memilih modulus membujur dalam spektrum keuntungan, meningkatkan perbezaan keuntungan bersih antara mod membujur, supaya terdapat sedikit atau bahkan hanya satu ayunan mod longitudinal dalam resonator laser.Dalam proses ini, selalunya perlu untuk mengawal pengaruh hingar pada output laser, dan meminimumkan pelebaran garis spektrum yang disebabkan oleh getaran dan perubahan suhu persekitaran luaran;Pada masa yang sama, ia juga boleh digabungkan dengan analisis ketumpatan spektrum bunyi fasa atau kekerapan untuk memahami sumber bunyi dan mengoptimumkan reka bentuk laser, untuk mencapai output yang stabil dari laser lebar garis yang sempit.
Mari kita lihat realisasi operasi lebar garis sempit beberapa kategori laser yang berbeza.
Laser semikonduktor mempunyai kelebihan saiz padat, kecekapan tinggi, hayat panjang dan faedah ekonomi.
Resonator optik Fabry-Perot (FP) digunakan secara tradisionallaser semikonduktorsecara amnya berayun dalam mod berbilang membujur, dan lebar talian keluaran adalah agak luas, jadi adalah perlu untuk meningkatkan maklum balas optik untuk mendapatkan keluaran lebar talian sempit.
Maklum balas teragih (DFB) dan pantulan Bragg Teragih (DBR) ialah dua laser semikonduktor maklum balas optik dalaman biasa.Oleh kerana padang parut kecil dan selektiviti panjang gelombang yang baik, adalah mudah untuk mencapai output lebar talian sempit frekuensi tunggal yang stabil.Perbezaan utama antara kedua-dua struktur ialah kedudukan grating: struktur DFB biasanya mengedarkan struktur berkala grating Bragg ke seluruh resonator, dan resonator DBR biasanya terdiri daripada struktur grating pantulan dan kawasan keuntungan yang disepadukan ke dalam permukaan hujung.Di samping itu, laser DFB menggunakan grating terbenam dengan kontras indeks biasan rendah dan pemantulan rendah.Laser DBR menggunakan parut permukaan dengan kontras indeks biasan tinggi dan pemantulan tinggi.Kedua-dua struktur mempunyai julat spektrum bebas yang besar dan boleh melakukan penalaan panjang gelombang tanpa lompatan mod dalam julat beberapa nanometer, di mana laser DBR mempunyai julat penalaan yang lebih luas daripadaLaser DFB.Di samping itu, teknologi maklum balas optik rongga luaran, yang menggunakan elemen optik luaran untuk memberi maklum balas kepada cahaya keluar cip laser semikonduktor dan memilih frekuensi, juga boleh merealisasikan operasi lebar garisan sempit laser semikonduktor.
(2) Laser gentian
Laser gentian mempunyai kecekapan penukaran pam yang tinggi, kualiti rasuk yang baik dan kecekapan gandingan yang tinggi, yang merupakan topik penyelidikan hangat dalam bidang laser.Dalam konteks era maklumat, laser gentian mempunyai keserasian yang baik dengan sistem komunikasi gentian optik semasa di pasaran.Laser gentian frekuensi tunggal dengan kelebihan lebar garisan sempit, hingar rendah dan koheren yang baik telah menjadi salah satu hala tuju penting pembangunannya.
Operasi mod membujur tunggal adalah teras laser gentian untuk mencapai keluaran lebar garis yang sempit, biasanya mengikut struktur resonator laser gentian frekuensi tunggal boleh dibahagikan kepada jenis DFB, jenis DBR dan jenis cincin.Antaranya, prinsip kerja laser gentian frekuensi tunggal DFB dan DBR adalah serupa dengan laser semikonduktor DFB dan DBR.
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, laser gentian DFB adalah untuk menulis parut Bragg yang diedarkan ke dalam gentian.Oleh kerana panjang gelombang kerja pengayun dipengaruhi oleh tempoh gentian, mod membujur boleh dipilih melalui maklum balas teragih parut.Resonator laser laser DBR biasanya dibentuk oleh sepasang jeriji Bragg gentian, dan mod membujur tunggal terutamanya dipilih oleh jalur sempit dan jeriji Bragg gentian pemantulan rendah.Walau bagaimanapun, kerana resonatornya yang panjang, struktur kompleks dan kekurangan mekanisme diskriminasi frekuensi yang berkesan, rongga berbentuk cincin terdedah kepada mod lompat, dan sukar untuk berfungsi secara stabil dalam mod membujur berterusan untuk masa yang lama.
Rajah 1, Dua struktur linear tipikal bagi frekuensi tunggallaser gentian
Masa siaran: Nov-27-2023