Денес, ќе претставиме „монохроматски“ ласер до екстрем – ласер со тесна ширина на линијата. Неговата појава ги пополнува празнините во многу области на примена на ласерот, а во последниве години е широко користен во детекцијата на гравитациски бранови, liDAR, дистрибуирано мерење, брза кохерентна оптичка комуникација и други области, што е „мисија“ што не може да се заврши само со подобрување на моќноста на ласерот.
Што е ласер со тесна ширина на линијата?
Терминот „ширина на линијата“ се однесува на спектралната ширина на линијата на ласерот во фреквенцискиот домен, која обично се квантифицира во однос на полуврвната целосна ширина на спектарот (FWHM). Ширината на линијата е главно под влијание на спонтаното зрачење на возбудени атоми или јони, фазниот шум, механичките вибрации на резонаторот, температурното треперење 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 малку фазен или фреквенциски шум и многу малку шум од релативен интензитет. Во исто време, колку е помала вредноста на линеарната ширина на ласерот, толку е посилна соодветната кохерентност, што се манифестира како екстремно долга кохерентна должина.
Реализација и примена на ласер со тесна ширина на линијата
Ограничено од вродената ширина на линијата на 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 потребно да се користат филтри, решетки и други уреди за да се ограничи или избере лонгитудиналниот модул во спектарот на засилување, да се зголеми нето разликата во засилувањето помеѓу лонгитудиналните режими, така што има неколку или дури само една осцилација на лонгитудиналниот режим во ласерскиот резонатор. Во овој процес, често е потребно да се контролира влијанието на шумот 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 фазниот или фреквентниот шум за да се разбере изворот на бучавата и да се оптимизира дизајнот на ласерот, со цел да се постигне стабилен излез на ласерот со тесна ширина на линијата.
Да ја разгледаме реализацијата на операција со тесна ширина на линијата кај неколку различни категории ласери.
Полупроводничките ласери имаат предности како компактна големина, висока ефикасност, долг век на траење и економски придобивки.
Оптичкиот резонатор Фабри-Перо (FP) што се користи во традиционалнитеполупроводнички ласеригенерално осцилира во повеќенадолжен режим, а ширината на излезната линија е релативно широка, па затоа е потребно да се зголеми оптичкиот фидбек за да се добие излез со тесна ширина на линијата.
Дистрибуираната повратна информација (DFB) и дистрибуираната Брегова рефлексија (DBR) се два типични внатрешни оптички повратни полупроводнички ласери. Поради малиот чекор на решетката и добрата селективност на брановата должина, лесно е да се постигне стабилен излез со тесна ширина на линијата со една фреквенција. Главната разлика помеѓу двете структури е позицијата на решетката: DFB структурата обично ја дистрибуира периодичната структура на Бреговата решетка низ целиот резонатор, а резонаторот на DBR обично е составен од структурата на рефлексивната решетка и регионот на засилување интегриран во крајната површина. Покрај тоа, DFB ласерите користат вградени решетки со низок контраст на индексот на прекршување и ниска рефлексивност. DBR ласерите користат површински решетки со висок контраст на индексот на прекршување и висока рефлексивност. Двете структури имаат голем слободен спектрален опсег и можат да извршат подесување на брановата должина без скок на модот во опсег од неколку нанометри, каде што DBR ласерот има поширок опсег на подесување одDFB ласерПокрај тоа, технологијата за оптичка повратна информација со надворешна празнина, која користи надворешни оптички елементи за повратна информација на излезната светлина од полупроводничкиот ласерски чип и ја избира фреквенцијата, исто така може да ја реализира работата со тесна ширина на линијата на полупроводничкиот ласер.
(2) Фибер ласери
Фибер ласери имаат висока ефикасност на конверзија на пумпата, добар квалитет на зракот и висока ефикасност на спојување, што се жешки теми за истражување во областа на ласерите. Во контекст на информациската ера, фибер ласери имаат добра компатибилност со тековните оптички комуникациски системи на пазарот. Еднофреквентниот фибер ласер со предностите на тесна ширина на линијата, низок шум и добра кохерентност стана една од важните насоки на неговиот развој.
Еднофреквентниот режим на работа е јадрото на фибер ласерот за постигнување на излез со тесна ширина на линијата, обично според структурата на резонаторот, еднофреквентниот фибер ласер може да се подели на DFB тип, DBR тип и прстенест тип. Меѓу нив, принципот на работа на еднофреквентните фибер ласери DFB и DBR е сличен на оној на полупроводничките ласери DFB и DBR.
Како што е прикажано на Слика 1, DFB фибер ласер е наменет за впишување на дистрибуирана Брег решетка во влакното. Бидејќи работната бранова должина на осцилаторот е под влијание на периодот на влакното, лонгитудиналниот режим може да се избере преку дистрибуираната повратна информација на решетката. Ласерскиот резонатор на DBR ласер обично е формиран од пар Брег решетки со влакна, а единечниот лонгитудинален режим е главно избран од теснопојасни и Брег решетки со ниска рефлективност. Сепак, поради долгиот резонатор, сложената структура и недостатокот на ефикасен механизам за дискриминација на фреквенција, прстенестата празнина е склона кон скокање на режимот и тешко е стабилно да се работи во константен лонгитудинален режим долго време.
Слика 1, Две типични линеарни структури со една фреквенцијафибер ласери
Време на објавување: 27 ноември 2023 година