Сьогодні ми представимо «монохроматичний» лазер з крайнім - вузьким лазером ширини ліній. Його поява заповнює прогалини в багатьох полях застосування лазера, а в останні роки широко застосовується для виявлення гравітаційних хвиль, Лідар, розподіленого зондування, високошвидкісної когерентної оптичної комунікації та інших галузей, що є "місією", яку не можна виконати лише шляхом вдосконалення лазерної сили.
Що таке вузький лазер ширини лінії?
Термін "ширина лінії" відноситься до ширини спектральної лінії лазера в частотній області, яка зазвичай кількісно визначається з точки зору повної ширини спектру (FWHM). На ширину лінії в основному впливає спонтанне випромінювання збуджених атомів або іонів, фазового шуму, механічної вібрації резонатора, тремтіння температури та інших зовнішніх факторів. Чим менше значення ширини лінії, тим вище чистота спектру, тобто, тим краще монохроматичність лазера. Лазери з такими характеристиками зазвичай мають дуже мало фазового або частотного шуму та дуже мало відносного шуму інтенсивності. У той же час, чим менше лінійне значення ширини лазера, тим сильніше відповідна узгодженість, яка проявляється як надзвичайно довга довжина узгодженості.
Реалізація та застосування вузької лазерної ширини
Обмежена притаманною шириною посилення лінійки робочої речовини лазера, майже неможливо безпосередньо реалізувати вихід вузького лазера ширини лінії, покладаючись на традиційний генератор. Для того, щоб реалізувати роботу вузького лазерного ширини, зазвичай необхідно використовувати фільтри, решітку та інші пристрої для обмеження або вибору поздовжнього модуля в спектрі посилення, збільшення чистої різниці посилення між поздовжніми режимами, щоб у лазерному резонаторі було кілька або навіть одного коливання поздовжнього режиму. У цьому процесі часто необхідно контролювати вплив шуму на лазерний вихід і мінімізувати розширення спектральних ліній, спричинених вібрацією та змінами температури зовнішнього середовища; У той же час його можна поєднувати з аналізом фазової або частотної шумової щільності, щоб зрозуміти джерело шуму та оптимізувати конструкцію лазера, щоб досягти стабільного виходу вузького лазера ширини лінії.
Давайте подивимось на реалізацію вузької ширини лінії кількох різних категорій лазерів.
Напівпровідникові лазери мають переваги компактного розміру, високої ефективності, тривалого життя та економічних вигод.
Оптичний резонатор Fabry-perot (FP), що використовується в традиційномунапівпровідникові лазериЯк правило, коливається в багатогранному режимі, а ширина вихідної лінії відносно широка, тому необхідно збільшити оптичний зворотний зв'язок для отримання виходу ширини вузької лінії.
Розподілений зворотний зв'язок (DFB) та розподілене відбиття Брегга (DBR) - це два типові внутрішні оптичні напівпровідникові лазери. Завдяки невеликому кроку решітки та хорошій селективності довжини хвилі, легко досягти стабільного одночастотного вузького виводу ліній. Основна відмінність між двома структурами - це положення решітки: структура DFB зазвичай розподіляє періодичну структуру решітки Брегга по всьому резонатора, а резонатор DBR зазвичай складається з структури відбиття, а також області посилення, інтегрованої в кінцеву поверхню. Крім того, лазери DFB використовують вбудовані решітки з низьким вмістом заломлення контрасту та низькою відбивною здатністю. Лазери DBR використовують поверхневі решітки з високим вмістом заломлення та високою відбивною здатністю. Обидві конструкції мають великий вільний спектральний діапазон і можуть виконувати налаштування довжини хвилі без режиму стрибків у діапазоні кількох нанометрів, де лазер DBR має більш широкий діапазон настройки, ніжDFB лазер. Крім того, технологія оптичного зворотного зв'язку зовнішньої порожнини, яка використовує зовнішні оптичні елементи для зворотного зв’язку вихідного світла напівпровідникової лазерної мікросхеми та вибору частоти, також може усвідомити вузьку ширину лінійки напівпровідникового лазера.
(2) волоконні лазери
Лазери з волокон мають високу ефективність перетворення насоса, хороша якість променя та висока ефективність з'єднання, які є гарячими дослідженнями досліджень у лазерному полі. У контексті інформаційної епохи волоконні лазери мають хорошу сумісність з поточними системами оптичного волокна на ринку. Одночастотна волоконна лазер з перевагами вузької ширини лінії, низьким рівнем шуму та хорошої узгодженості стали одним із важливих напрямків її розвитку.
Одноразова робота з поздовжнім режимом-це ядро волоконного лазера для досягнення вузького виходу ширини лінії, як правило, відповідно до структури резонатора лазера з одночастотними волоконними волоконами, можна розділити на тип DFB, тип DBR та тип кільця. Серед них принцип робочої сили DFB та DBR одночастотних волоконних лазерів схожий на принцип DFB та DBR напівпровідникові лазери.
Як показано на малюнку 1, волокно -лазер DFB повинен записати розподілену решітку Брегга у волокно. Оскільки на довжину робочої хвилі генератора впливає період волокон, поздовжній режим можна вибрати за допомогою розподіленого зворотного зв'язку про решітку. Лазерний резонатор лазера DBR зазвичай утворюється за допомогою пари решітки з волокна, а єдиний поздовжній режим в основному вибирається вузькою смугою та низькою відбивною волокною. Однак через свій тривалий резонатор, складну структуру та відсутність ефективного механізму дискримінації частоти, порожнина у формі кільця схильна до стрибків у режимі, і важко тривалий час стабільно працювати в постійному поздовжньому режимі.
Рисунок 1, дві типові лінійні структури одночастотиволокно -лазери
Час посади: 27-2023 листопада