Keskeny vonalszélességű lézertechnológia, második rész
1960-ban a világ első rubinlézere egy szilárdtestlézer volt, amelyet nagy kimenő energia és szélesebb hullámhossz-lefedettség jellemzett. A szilárdtestlézer egyedi térbeli szerkezete rugalmasabbá teszi a keskeny vonalszélességű kimenet kialakítását. Jelenleg a főbb alkalmazott módszerek közé tartozik a rövid üreges módszer, az egyirányú gyűrűs üreges módszer, az üregeken belüli standard módszer, a torziós ingamódusú üreges módszer, a térfogati Bragg-rácsos módszer és a vetőmag-befecskendezéses módszer.
A 7. ábra számos tipikus, egylongitudinális módusú szilárdtest lézer szerkezetét mutatja.
A 7(a) ábra az üregbe ágyazott FP szabványon alapuló egyetlen longitudinális módus kiválasztás működési elvét mutatja, azaz a szabvány keskeny vonalszélességű átviteli spektrumát használják fel más longitudinális módusok veszteségének növelésére, így a többi longitudinális módus kiszűrésre kerül a módusverseny folyamatában kiszűrve a kis áteresztőképességük miatt, így egyetlen longitudinális módus működés érhető el. Ezenkívül a hullámhossz-hangolás kimenetének bizonyos tartománya elérhető az FP standard szögének és hőmérsékletének szabályozásával, valamint a longitudinális módus intervallum változtatásával. A 7(b) és (c) ábra a nem síkbeli gyűrűs oszcillátort (NPRO) és a torziós inga módus üreg módszert mutatja, amelyet egyetlen longitudinális módus kimenet előállítására használnak. A működési elv az, hogy a nyaláb egyetlen irányban terjedjen a rezonátorban, hatékonyan kiküszöbölve a megfordult részecskék számának egyenetlen térbeli eloszlását a közönséges állóhullámú üregben, és így elkerülve a térbeli lyukégetési hatás hatását egyetlen longitudinális módus kimenet elérése érdekében. A tömbi Bragg-rácsos (VBG) módusválasztás elve hasonló a korábban említett félvezető és szálas keskeny vonalszélességű lézerekéhez, azaz a VBG szűrőelemként való használatával, jó spektrális szelektivitása és szögszelektivitása alapján az oszcillátor egy meghatározott hullámhosszon vagy sávban oszcillál, hogy elérje a longitudinális módusválasztás szerepét, amint az a 7(d) ábrán látható.
Ugyanakkor számos longitudinális módválasztási módszer kombinálható az igényeknek megfelelően a longitudinális módválasztási pontosság javítása, a vonalszélesség további szűkítése, vagy a módverseny intenzitásának növelése nemlineáris frekvenciatranszformáció és egyéb eszközök bevezetésével, valamint a lézer kimeneti hullámhosszának kiterjesztése keskeny vonalszélesség mellett, ami nehézkes a következők számára:félvezető lézerésszálas lézerek.
(4) Brillouin-lézer
A Brillouin lézer a stimulált Brillouin-szórás (SBS) hatásán alapul, hogy alacsony zajszintű, keskeny vonalszélességű kimeneti technológiát érjen el, elve a foton és a belső akusztikus tér kölcsönhatásán keresztül bizonyos Stokes-fotonok frekvenciaeltolódását hozza létre, és folyamatosan erősíti az erősítési sávszélességen belül.
A 8. ábra az SBS konverzió szintdiagramját és a Brillouin lézer alapvető szerkezetét mutatja.
Az akusztikus tér alacsony rezgési frekvenciája miatt az anyag Brillouin-frekvenciaeltolódása általában csak 0,1-2 cm⁻¹, így 1064 nm-es lézer pumpálófény esetén a keletkező Stokes-hullámhossz gyakran csak körülbelül 1064,01 nm, de ez azt is jelenti, hogy a kvantumkonverziós hatásfoka rendkívül magas (elméletileg akár 99,99%). Ezenkívül, mivel a közeg Brillouin-erősítési vonalszélessége általában csak MHZ-ghz nagyságrendű (egyes szilárd közegek Brillouin-erősítési vonalszélessége csak körülbelül 10 MHz), ez jóval kisebb, mint a lézer munkaközegének 100 GHz nagyságrendű erősítési vonalszélessége, így a Brillouin-lézerben gerjesztett Stokes-lézerben a többszörös erősítés után egyértelmű spektrumszűkülési jelenség mutatkozhat az üregben, és a kimeneti vonalszélessége több nagyságrenddel keskenyebb, mint a pumpáló vonalszélesség. Jelenleg a Brillouin-lézer a fotonika területének kutatási hotspotjává vált, és számos jelentés született a rendkívül keskeny vonalszélességű kimenet Hz és Hz alatti nagyságrendjéről.
Az utóbbi években a hullámvezető szerkezetű Brillouin-eszközök jelentek meg a területen.mikrohullámú fotonika, és gyorsan fejlődnek a miniatürizálás, a nagyfokú integráció és a nagyobb felbontás irányában. Emellett az elmúlt két évben az új kristályanyagokon, például a gyémánton alapuló, űrben futó Brillouin-lézer is bekerült az emberek látóterébe, innovatív áttörése a hullámvezető szerkezet teljesítményében és a kaszkád SBS szűk keresztmetszetben, a Brillouin-lézer teljesítményének 10 W-ra való növelésével megalapozva alkalmazásának bővítését.
Általános csomópont
A legújabb ismeretek folyamatos felfedezésével a keskeny vonalszélességű lézerek kiváló teljesítményüknek köszönhetően nélkülözhetetlen eszközzé váltak a tudományos kutatásban, mint például a gravitációs hullámok detektálására szolgáló LIGO lézerinterferométer, amely egyetlen frekvenciájú keskeny vonalszélességű lézert használ.lézer1064 nm hullámhosszú vetőmagforrással, és a vetőmagfény vonalszélessége 5 kHz-en belül van. Ezenkívül a keskeny szélességű, hangolható hullámhosszú és módugrás nélküli lézerek is nagy alkalmazási potenciált mutatnak, különösen a koherens kommunikációban, amelyek tökéletesen kielégítik a hullámhossz-osztásos multiplexelés (WDM) vagy a frekvenciaosztásos multiplexelés (FDM) hullámhossz- (vagy frekvencia-) hangolhatóság iránti igényeit, és várhatóan a következő generációs mobilkommunikációs technológia központi eszközévé válnak.
A jövőben a lézeranyagok és a feldolgozási technológia innovációja tovább fogja elősegíteni a lézervonal szélességének tömörítését, a frekvenciastabilitás javítását, a hullámhossz-tartomány bővítését és a teljesítmény javítását, megnyitva az utat az ismeretlen világ emberi felfedezése előtt.
Közzététel ideje: 2023. november 29.