Денес ќе воведеме „монохроматски“ ласер до екстремна – тесна ширина на линијата. Нејзиното појавување ги пополнува празнините во многу полиња на примена на ласерот, а во последниве години е широко користен во детекција на гравитациски бранови, liDAR, дистрибуирано сензори, кохерентна оптичка комуникација со голема брзина и други полиња, што е „мисија“ што не може да се заврши само со подобрување на ласерската моќност.
Што е ласер со тесна ширина на линијата?
Терминот „широчина на линијата“ се однесува на ширината на спектралната линија на ласерот во доменот на фреквенцијата, која обично се квантифицира во однос на половина врв целосна ширина на спектарот (FWHM). На ширината на линијата главно влијае спонтано зрачење на возбудени атоми или јони, фазен шум, механички вибрации на резонаторот, треперење на температурата и други надворешни фактори. Колку е помала вредноста на ширината на линијата, толку е поголема чистотата на спектарот, односно, толку е подобра монохроматичноста на ласерот. Ласерите со такви карактеристики обично имаат многу мал шум на фаза или фреквенција и многу мал шум со релативен интензитет. Во исто време, колку е помала вредноста на линеарната ширина на ласерот, толку е посилна соодветната кохерентност, која се манифестира како екстремно долга должина на кохерентност.
Реализација и примена на ласер со тесна ширина на линија
Ограничено од инхерентната ширина на линијата за засилување на работната супстанција на ласерот, речиси е невозможно директно да се реализира излезот на ласерот со тесна ширина на линијата со потпирање на самиот традиционален осцилатор. За да се реализира работата на ласерот со тесна ширина на линијата, обично е неопходно да се користат филтри, решетки и други уреди за ограничување или избирање на надолжниот модул во спектарот на засилување, зголемување на нето-разликата на засилување помеѓу надолжните режими, така што има неколку, па дури и само една надолжна модна осцилација во ласерскиот резонатор. Во овој процес, често е неопходно да се контролира влијанието на бучавата врз излезот на ласерот и да се минимизира проширувањето на спектралните линии предизвикани од вибрациите и температурните промени на надворешната средина; Во исто време, може да се комбинира и со анализа на спектралната густина на бучавата фаза или фреквенција за да се разбере изворот на бучава и да се оптимизира дизајнот на ласерот, за да се постигне стабилен излез на ласерот со тесна ширина на линијата.
Ајде да погледнеме во реализацијата на операција со тесна ширина на линијата на неколку различни категории на ласери.
Полупроводничките ласери ги имаат предностите на компактна големина, висока ефикасност, долг животен век и економски придобивки.
Оптичкиот резонатор Fabry-Pero (FP) кој се користи во традиционалнитеполупроводнички ласеригенерално осцилира во повеќенадолжен режим, а ширината на излезната линија е релативно широка, па затоа е неопходно да се зголеми оптичката повратна информација за да се добие излез од тесна ширина на линијата.
Дистрибуирана повратна информација (DFB) и Дистрибуирана браг рефлексија (DBR) се два типични внатрешни полупроводнички ласери со оптички повратни информации. Поради малиот чекор на решетката и добрата селективност на брановата должина, лесно е да се постигне стабилен излез со тесна ширина на линија со една фреквенција. Главната разлика помеѓу двете структури е положбата на решетката: структурата DFB обично ја дистрибуира периодичната структура на решетката Браг низ резонаторот, а резонаторот на DBR обично се состои од структурата на рефлектирачката решетка и регионот на засилување интегрирани во крајната површина. Дополнително, DFB ласерите користат вградени решетки со низок контраст со индекс на рефракција и ниска рефлексивност. DBR ласерите користат површински решетки со висок контраст со индекс на рефракција и висока рефлексивност. Двете структури имаат голем слободен спектрален опсег и можат да вршат подесување на бранова должина без режимски скок во опсег од неколку нанометри, каде што ласерот DBR има поширок опсег на подесување одDFB ласер. Покрај тоа, технологијата за оптичка повратна информација за надворешната празнина, која користи надворешни оптички елементи за повратна информација на појдовната светлина на полупроводничкиот ласерски чип и избирање на фреквенцијата, исто така може да ја реализира работата со тесна ширина на линијата на полупроводничкиот ласер.
(2) Ласери со влакна
Ласерите со влакна имаат висока ефикасност на конверзија на пумпата, добар квалитет на зракот и висока ефикасност на спојување, кои се жешките теми за истражување во ласерското поле. Во контекст на информациската ера, ласерите со влакна имаат добра компатибилност со сегашните комуникациски системи со оптички влакна на пазарот. Еднофреквентниот ласер со влакна со предностите на тесна ширина на линијата, низок шум и добра кохерентност стана еден од важните насоки на неговиот развој.
Еден надолжен режим работа е јадрото на влакна ласерски за да се постигне тесна линија-ширина излез, обично според структурата на резонатор на една фреквенција влакна ласер може да се подели на тип DFB, тип DBR и тип на прстен. Меѓу нив, принципот на работа на ласерите со еднофреквентни влакна DFB и DBR е сличен на оној на полупроводничките ласери DFB и DBR.
Како што е прикажано на слика 1, ласерот со влакна DFB треба да запише дистрибуирана браг решетка во влакното. Бидејќи работната бранова должина на осцилаторот е под влијание на периодот на влакното, надолжниот режим може да се избере преку дистрибуираната повратна информација на решетката. Ласерскиот резонатор на DBR ласерот обично се формира од пар браг-решетки со влакна, а единечниот надолжен режим главно се избира со тесен појас и Браг-решетки со влакна со ниска рефлексија. Меѓутоа, поради долгиот резонатор, сложената структура и недостатокот на ефективен механизам за дискриминација на фреквенцијата, шуплината во облик на прстен е склона кон скокање во режим и тешко е да се работи стабилно во постојан надолжен режим долго време.
Слика 1, Две типични линеарни структури со една фреквенцијаласери со влакна
Време на објавување: 27-11-2023 година