Лазерна технология с тясна ширина на линията, част втора
През 1960 г. първият в света рубинен лазер е твърдотелен лазер, характеризиращ се с висока изходна енергия и по-широк обхват на дължината на вълната. Уникалната пространствена структура на твърдотелния лазер го прави по-гъвкав при проектирането на изход с тясна ширина на линията. В момента основните прилагани методи включват метод с къса резонаторна кухина, метод с еднопосочна пръстеновидна резонаторна кухина, метод с вътрешнорезонаторен стандартен метод, метод с торсионно-махаловиден резонатор, метод с обемна решетка на Браг и метод с инжектиране на семена.
Фигура 7 показва структурата на няколко типични едномодови твърдотелни лазера.
Фигура 7(a) показва принципа на работа на селекцията на единичен надлъжен мод, базиран на FP стандарта в резонатора, т.е. тесният спектър на пропускане на ширината на линията на стандарта се използва за увеличаване на загубата на други надлъжни модове, така че другите надлъжни модове се филтрират в процеса на конкуренция на модовете поради малката им пропускливост, за да се постигне работа с единичен надлъжен мод. Освен това, определен диапазон на настройка на дължината на вълната може да се получи чрез контролиране на ъгъла и температурата на FP стандарта и промяна на интервала на надлъжния мод. Фиг. 7(b) и (c) показват метода на непланарния пръстеновиден осцилатор (NPRO) и торсионния махаловиден резонатор, използвани за получаване на изход с единичен надлъжен мод. Принципът на работа е да се накара лъчът да се разпространява в една посока в резонатора, ефективно да се елиминира неравномерното пространствено разпределение на броя на обърнатите частици в обикновения резонатор със стояща вълна и по този начин да се избегне влиянието на пространствения ефект на изгаряне на дупки, за да се постигне изход с единичен надлъжен мод. Принципът на селекция на модове с помощта на обемна Брагова решетка (VBG) е подобен на този на полупроводниковите и оптичните лазери с тясна ширина на линията, споменати по-рано, т.е. чрез използване на VBG като филтърен елемент, въз основа на добрата му спектрална селективност и ъглова селективност, осцилаторът осцилира на определена дължина на вълната или лента, за да постигне ролята на надлъжен избор на модове, както е показано на Фигура 7(d).
В същото време, няколко метода за избор на надлъжен режим могат да се комбинират според нуждите, за да се подобри точността на избор на надлъжен режим, да се стесни допълнително ширината на линията или да се увеличи интензитетът на конкуренцията между режимите чрез въвеждане на нелинейна честотна трансформация и други средства, както и да се разшири дължината на вълната на изхода на лазера, докато работи в тясна ширина на линията, което е трудно да се направи за...полупроводников лазеривлакнести лазери.
(4) Брилюенов лазер
Брилюеновият лазер е базиран на ефекта на стимулирано разсейване на Брилюен (SBS), за да се получи нискошумова технология с тясна ширина на линията. Принципът му е чрез взаимодействието на фотона и вътрешното акустично поле да се получи определено честотно изместване на стоксовите фотони и да се усилва непрекъснато в рамките на честотната лента на усилване.
Фигура 8 показва диаграмата на нивата на SBS преобразуване и основната структура на лазера на Брилюен.
Поради ниската честота на вибрациите на акустичното поле, честотното изместване на Брилюен на материала обикновено е само 0,1-2 cm-1, така че с лазер 1064 nm като помпаща светлина, генерираната дължина на вълната на Стоукс често е само около 1064,01 nm, но това също означава, че ефективността на квантово преобразуване е изключително висока (до 99,99% на теория). Освен това, тъй като ширината на линията на усилване на Брилюен на средата обикновено е само от порядъка на MHZ-ghz (ширината на линията на усилване на Брилюен на някои твърди среди е само около 10 MHz), тя е далеч по-малка от ширината на линията на усилване на лазерното работно вещество от порядъка на 100 GHz, така че възбуждането на Стоукс в лазера на Брилюен може да покаже очевидно явление на стесняване на спектъра след многократно усилване в резонатора, а ширината на изходната му линия е с няколко порядъка по-тясна от ширината на помпащата линия. В момента лазерът на Брилюен се е превърнал в гореща точка за изследвания в областта на фотониката и има много доклади за Hz и sub-Hz порядъка на изключително тясна ширина на линията.
През последните години в областта на... се появиха устройства на Брилюен с вълноводна структура...микровълнова фотоника, и се развиват бързо в посока на миниатюризация, висока интеграция и по-висока резолюция. В допълнение, космическият лазер Брилюен, базиран на нови кристални материали като диамант, също навлезе в полезрението на хората през последните две години, неговият иновативен пробив в мощността на вълноводната структура и каскадното SBS пречка, увеличи мощността на лазера Брилюен до магнитуд 10 W, полагайки основите за разширяване на приложението му.
Общо кръстовище
С непрекъснатото проучване на най-съвременни знания, лазерите с тясна ширина на линията са се превърнали в незаменим инструмент в научните изследвания с отличните си характеристики, като например лазерния интерферометър LIGO за откриване на гравитационни вълни, който използва едночестотна тясна ширина на линията.лазерс дължина на вълната 1064 nm като източник на начална светлина, а ширината на линията на началната светлина е в рамките на 5 kHz. Освен това, лазерите с тясна ширина, с настройваема дължина на вълната и без скок на мода също показват голям потенциал за приложение, особено в кохерентните комуникации, които могат перфектно да отговорят на нуждите на мултиплексиране с разделяне на дължината на вълната (WDM) или мултиплексиране с разделяне на честотата (FDM) за настройваемост на дължината на вълната (или честотата) и се очаква да се превърнат в основното устройство на следващото поколение мобилни комуникационни технологии.
В бъдеще иновациите в лазерните материали и технологиите за обработка ще насърчат допълнително компресията на ширината на лазерната линия, подобряването на честотната стабилност, разширяването на диапазона на дължината на вълната и подобряването на мощността, проправяйки пътя за човешкото изследване на непознатия свят.
Време на публикуване: 29 ноември 2023 г.