Ma egy „monokromatikus” lézert mutatunk be az extrém – keskeny vonalszélességű lézernek.Megjelenése kitölti a hiányosságokat a lézer számos alkalmazási területén, és az elmúlt években széles körben alkalmazzák a gravitációs hullámok detektálásában, a liDAR-ban, az elosztott érzékelésben, a nagy sebességű koherens optikai kommunikációban és más területeken, ami egy olyan „küldetés”, amelyet nem lehet csak a lézerteljesítmény javításával fejeződött be.
Mi az a keskeny vonalszélességű lézer?
A „vonalszélesség” kifejezés a lézer spektrális vonalszélességére utal a frekvenciatartományban, amelyet általában a spektrum félcsúcs teljes szélességében (FWHM) számszerűsítenek.A vonalszélességet elsősorban a gerjesztett atomok vagy ionok spontán sugárzása, fáziszaj, a rezonátor mechanikai rezgése, hőmérsékleti jitter és egyéb külső tényezők befolyásolják.Minél kisebb a vonalszélesség értéke, annál nagyobb a spektrum tisztasága, vagyis annál jobb a lézer monokromatikussága.Az ilyen jellemzőkkel rendelkező lézerek általában nagyon csekély fázis- vagy frekvenciazajjal és nagyon csekély relatív intenzitású zajjal rendelkeznek.Ugyanakkor minél kisebb a lézer lineáris szélessége, annál erősebb a megfelelő koherencia, ami rendkívül hosszú koherencia-hosszban nyilvánul meg.
Szűk vonalszélességű lézer megvalósítása és alkalmazása
A lézer munkaanyagának belső erősítési vonalszélessége miatt szinte lehetetlen közvetlenül megvalósítani a keskeny vonalszélességű lézer kimenetét magára a hagyományos oszcillátorra támaszkodva.A keskeny vonalszélességű lézer működésének megvalósításához általában szűrők, rácsok és egyéb eszközök használata szükséges az erősítési spektrumban a longitudinális modulus korlátozására vagy kiválasztására, a longitudinális módok közötti nettó erősítési különbség növelésére, hogy legyen egy kevés vagy akár csak egy longitudinális módusú rezgés a lézerrezonátorban.Ebben a folyamatban gyakran szükséges szabályozni a zaj hatását a lézerkimenetre, és minimalizálni kell a spektrumvonalak kiszélesedését, amelyet a külső környezet vibrációja és hőmérsékletváltozásai okoznak;Ugyanakkor kombinálható a fázis- vagy frekvenciazaj spektrális sűrűségének elemzésével is, hogy megértsük a zaj forrását és optimalizáljuk a lézer kialakítását, hogy a keskeny vonalszélességű lézer stabil kimenetét érjük el.
Vessünk egy pillantást több különböző kategóriájú lézer szűk vonalszélességű működésének megvalósítására.
A félvezető lézerek előnye a kompakt méret, a nagy hatékonyság, a hosszú élettartam és a gazdasági előnyök.
A hagyományos Fabry-Perot (FP) optikai rezonátorfélvezető lézerekáltalában több longitudinális módban oszcillál, és a kimeneti vonal szélessége viszonylag széles, ezért az optikai visszacsatolás növelése szükséges a keskeny vonalszélességű kimenet eléréséhez.
Az elosztott visszacsatolás (DFB) és az elosztott Bragg-reflexió (DBR) két tipikus belső optikai visszacsatolású félvezető lézer.A kis rácsosztásnak és a jó hullámhossz-szelektivitásának köszönhetően könnyen elérhető stabil egyfrekvenciás keskeny vonalszélességű kimenet.A két struktúra közötti fő különbség a rács helyzetében van: a DFB struktúra általában a Bragg-rács periodikus szerkezetét osztja el a rezonátorban, a DBR rezonátora pedig általában a reflexiós rácsszerkezetből és a rácsba integrált erősítési tartományból tevődik össze. a végfelület.Ezenkívül a DFB lézerek beágyazott rácsokat használnak alacsony törésmutatójú kontraszttal és alacsony visszaverőképességgel.A DBR lézerek nagy törésmutatójú kontrasztú és nagy fényvisszaverő képességű felületi rácsokat használnak.Mindkét szerkezet nagy szabad spektrális tartománnyal rendelkezik, és néhány nanométeres tartományban módugrás nélkül is képes hullámhossz hangolást végrehajtani, ahol a DBR lézer szélesebb hangolási tartományú, mint aDFB lézer.Ezenkívül a külső üreges optikai visszacsatolási technológia, amely külső optikai elemeket használ a félvezető lézerchip kimenő fényének visszacsatolására és a frekvencia kiválasztására, megvalósíthatja a félvezető lézer szűk vonalszélességű működését is.
(2) Szállézerek
A szálas lézerek magas szivattyúkonverziós hatásfokkal, jó sugárminőséggel és magas csatolási hatékonysággal rendelkeznek, amelyek a lézeres területen a legnépszerűbb kutatási témák.Az információs korszak összefüggésében a szálas lézerek jól kompatibilisek a piacon jelenleg kapható optikai szálas kommunikációs rendszerekkel.Az egyfrekvenciás szálas lézer a keskeny vonalszélesség, az alacsony zajszint és a jó koherencia előnyeivel fejlesztésének egyik fontos irányává vált.
Az egyetlen longitudinális üzemmódú működés a szálas lézer magja a keskeny vonalszélességű kimenet elérése érdekében, általában az egyfrekvenciás szálas lézer rezonátorának szerkezete szerint DFB típusra, DBR típusúra és gyűrűtípusra osztható.Ezek közül a DFB és DBR egyfrekvenciás szálas lézerek működési elve hasonló a DFB és DBR félvezető lézerekhez.
Amint az 1. ábrán látható, a DFB szálas lézernek elosztott Bragg-rácsot kell a szálba írni.Mivel az oszcillátor működési hullámhosszát a szálperiódus befolyásolja, a longitudinális üzemmód a rács elosztott visszacsatolásán keresztül választható ki.A DBR lézer lézerrezonátorát általában egy pár szálas Bragg-rács alkotja, az egyetlen longitudinális módot pedig főként keskeny sávú és alacsony visszaverőképességű Bragg-szálas rácsok választják ki.A gyűrű alakú üreg azonban hosszú rezonátora, bonyolult szerkezete és hatékony frekvenciadiszkriminációs mechanizmus hiánya miatt módusugrásra hajlamos, és nehéz állandó longitudinális üzemmódban hosszú ideig stabilan dolgozni.
1. ábra: Két tipikus egyfrekvenciás lineáris struktúraszálas lézerek
Feladás időpontja: 2023.11.27