Лазерна технология с тясна ширина на линията, част втора
През 1960 г. първият в света рубинен лазер беше твърдотелен лазер, характеризиращ се с висока изходна енергия и по-широко покритие на дължината на вълната. Уникалната пространствена структура на твърдотелния лазер го прави по-гъвкав при проектирането на изход с тясна ширина на линията. Понастоящем основните прилагани методи включват метод с къса кухина, метод с еднопосочна пръстеновидна кухина, стандартен метод с вътрешно кухина, метод с кухина в режим на усукващо махало, метод на обемна решетка на Браг и метод на инжектиране на семена.
Фигура 7 показва структурата на няколко типични твърдотелни лазера с един надлъжен режим.
Фигура 7(a) показва работния принцип на избор на единичен надлъжен режим на базата на стандарта FP в кухината, тоест тесният спектър на предаване на ширината на линията на стандарта се използва за увеличаване на загубата на други надлъжни режими, така че други надлъжни режими се филтрират в процеса на конкуренция на режима поради тяхната малка пропускливост, така че да се постигне работа в един надлъжен режим. В допълнение, може да се получи определен диапазон на изход за настройка на дължината на вълната чрез контролиране на ъгъла и температурата на FP стандарта и промяна на интервала на надлъжния режим. Фиг. 7(b) и (c) показват неравнинния пръстеновиден осцилатор (NPRO) и метода на кухината в режим на усукващо махало, използвани за получаване на изходен сигнал в един надлъжен режим. 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 кухината на обикновената стояща вълна и по този начин да се избегне влиянието на ефекта на изгаряне на пространствена дупка, за да се постигне изход в един надлъжен режим. Принципът на избор на режим на обемна решетка на Браг (VBG) е подобен на този на полупроводниковите и влакнестите лазери с тясна ширина на линията, споменати по-рано, тоест чрез използване на VBG като филтърен елемент, въз основа на неговата добра спектрална селективност и ъглова селективност, осцилаторът осцилира при определена дължина на вълната или лента, за да постигне ролята на избор на надлъжен режим, както е показано на фигура 7(d).
В същото време няколко метода за избор на надлъжни режими могат да се комбинират според нуждите за подобряване на точността на избор на надлъжни режими, допълнително стесняване на широчината на линията или увеличаване на интензитета на конкуренцията на режима чрез въвеждане на нелинейна честотна трансформация и други средства и разширяване на изходната дължина на вълната на лазера, докато работи в тясна ширина на линията, което е трудно да се направиполупроводников лазеривлакнести лазери.
(4) Лазер на Брилюен
Лазерът Brillouin се основава на ефекта на стимулирано разсейване на Brillouin (SBS) за постигане на изходна технология с нисък шум и тясна ширина на линията, неговият принцип е чрез фотона и взаимодействието на вътрешното акустично поле да се получи определено честотно изместване на фотоните на Стокс и непрекъснато се усилва в рамките на спечелете честотна лента.
Фигура 8 показва диаграмата на нивата на преобразуване на SBS и основната структура на лазера Brillouin.
Поради ниската честота на вибрация на акустичното поле, честотното изместване на Брилоуен на материала обикновено е само 0,1-2 cm-1, така че с 1064 nm лазер като светлина на помпата, генерираната дължина на вълната на Стокс често е само около 1064,01 nm, но това също означава, че неговата ефективност на квантово преобразуване е изключително висока (до 99,99% на теория). В допълнение, тъй като широчината на линията на усилване на Brillouin на средата обикновено е само от порядъка на MHZ-ghz (ширината на линията на усилване на Brillouin на някои твърди среди е само около 10 MHz), тя е далеч по-малка от широчината на линията на усилване на работното вещество на лазера от порядъка на 100 GHz, така че Stokes, възбуден в лазера на Брилюен, може да покаже очевидно явление на стесняване на спектъра след многократно усилване в кухината и неговата ширина на изходната линия е с няколко порядъка по-тясна от ширината на линията на помпата. Понастоящем лазерът Brillouin се е превърнал в изследователска гореща точка в полето на фотониката и има много доклади за Hz и под Hz ред на изключително тясна изходна ширина на линията.
През последните години устройства на Brillouin с вълноводна структура се появиха в областта намикровълнова фотоника, и се развиват бързо в посока на миниатюризация, висока интеграция и по-висока резолюция. В допълнение, космическият лазер Brillouin, базиран на нови кристални материали като диамант, също влезе в полезрението на хората през последните две години, неговият иновативен пробив в силата на структурата на вълновода и каскадното SBS препятствие, силата на лазера Brillouin до 10 W величина, поставяйки основата за разширяване на приложението му.
Общо кръстовище
С непрекъснатото изследване на авангардни познания лазерите с тясна ширина на линията се превърнаха в незаменим инструмент в научните изследвания с отличната си производителност, като например лазерния интерферометър LIGO за откриване на гравитационни вълни, който използва едночестотна тясна линиялазерс дължина на вълната 1064 nm като източник на зародиш, а широчината на линията на зародишната светлина е в рамките на 5 kHz. В допълнение, лазерите с тясна ширина с регулируема дължина на вълната и без скок в режим също показват голям потенциал за приложение, особено в кохерентни комуникации, които могат перфектно да отговорят на нуждите от мултиплексиране с разделяне на дължината на вълната (WDM) или мултиплексиране с разделяне на честотата (FDM) за дължина на вълната (или честота ) възможност за настройка и се очаква да стане основното устройство на следващото поколение мобилни комуникационни технологии.
В бъдеще иновациите на лазерните материали и технологията за обработка допълнително ще насърчат компресирането на ширината на лазерната линия, подобряването на стабилността на честотата, разширяването на обхвата на дължината на вълната и подобряването на мощността, проправяйки пътя за човешкото изследване на непознатия свят.
Време на публикуване: 29 ноември 2023 г