Ngayon, ipakikilala namin ang isang "monochromatic" na laser sa sukdulan - makitid na linewidth na laser. Ang paglitaw nito ay pumupuno sa mga gaps sa maraming mga larangan ng aplikasyon ng laser, at sa mga nakaraang taon ay malawakang ginagamit sa gravitational wave detection, liDAR, distributed sensing, high-speed coherent optical communication at iba pang mga field, na isang "misyon" na hindi maaaring nakumpleto lamang sa pamamagitan ng pagpapabuti ng kapangyarihan ng laser.
Ano ang isang makitid na linewidth laser?
Ang terminong "lapad ng linya" ay tumutukoy sa spectral line width ng laser sa frequency domain, na kadalasang binibilang sa mga tuntunin ng kalahating rurok na buong lapad ng spectrum (FWHM). Ang linewidth ay pangunahing apektado ng kusang radiation ng mga nasasabik na atom o ions, phase ingay, mekanikal na panginginig ng boses ng resonator, temperatura jitter at iba pang panlabas na mga kadahilanan. Ang mas maliit ang halaga ng lapad ng linya, mas mataas ang kadalisayan ng spectrum, iyon ay, mas mahusay ang monochromaticity ng laser. Ang mga laser na may ganitong mga katangian ay karaniwang may napakaliit na bahagi o dalas ng ingay at napakakaunting kamag-anak na intensity ng ingay. Kasabay nito, mas maliit ang linear na lapad na halaga ng laser, mas malakas ang kaukulang pagkakaugnay, na ipinakita bilang isang napakahabang haba ng pagkakaugnay.
Pagsasakatuparan at aplikasyon ng makitid na linewidth na laser
Limitado ng likas na pakinabang na linewidth ng gumaganang sangkap ng laser, halos imposibleng direktang mapagtanto ang output ng makitid na linewidth na laser sa pamamagitan ng pag-asa sa tradisyonal na oscillator mismo. Upang mapagtanto ang pagpapatakbo ng makitid na linewidth laser, kadalasang kinakailangan na gumamit ng mga filter, grating at iba pang mga device upang limitahan o piliin ang longitudinal modulus sa gain spectrum, dagdagan ang net gain difference sa pagitan ng mga longitudinal mode, upang magkaroon ng isang kakaunti o kahit isang paayon na mode oscillation lamang sa laser resonator. Sa prosesong ito, madalas na kinakailangan upang kontrolin ang impluwensya ng ingay sa output ng laser, at i-minimize ang pagpapalawak ng mga parang multo na linya na dulot ng vibration at mga pagbabago sa temperatura ng panlabas na kapaligiran; Kasabay nito, maaari rin itong isama sa pagsusuri ng phase o frequency noise spectral density upang maunawaan ang pinagmulan ng ingay at ma-optimize ang disenyo ng laser, upang makamit ang matatag na output ng makitid na linewidth na laser.
Tingnan natin ang pagsasakatuparan ng makitid na linewidth na operasyon ng maraming iba't ibang kategorya ng mga laser.
Ang mga semiconductor laser ay may mga pakinabang ng compact size, mataas na kahusayan, mahabang buhay at mga benepisyong pang-ekonomiya.
Ang Fabry-Perot (FP) optical resonator na ginagamit sa tradisyonalmga laser ng semiconductorsa pangkalahatan ay nag-o-oscillate sa multi-longitudinal mode, at ang lapad ng linya ng output ay medyo malawak, kaya kinakailangan na dagdagan ang optical feedback upang makuha ang output ng makitid na lapad ng linya.
Ang distributed feedback (DFB) at Distributed Bragg reflection (DBR) ay dalawang tipikal na panloob na optical feedback semiconductor laser. Dahil sa maliit na grating pitch at magandang wavelength selectivity, madaling makamit ang matatag na single-frequency narrow linewidth na output. Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng dalawang istruktura ay ang posisyon ng grating: ang istraktura ng DFB ay karaniwang namamahagi ng pana-panahong istraktura ng Bragg grating sa buong resonator, at ang resonator ng DBR ay karaniwang binubuo ng reflection grating structure at ang gain region na isinama sa ang dulong ibabaw. Bilang karagdagan, ang mga DFB laser ay gumagamit ng mga naka-embed na grating na may mababang refractive index contrast at mababang reflectivity. Gumagamit ang mga DBR laser ng mga rehas na pang-ibabaw na may mataas na kaibahan ng refractive index at mataas na reflectivity. Ang parehong mga istraktura ay may malaking libreng spectral range at maaaring magsagawa ng wavelength tuning nang walang mode jump sa hanay ng ilang nanometer, kung saan ang DBR laser ay may mas malawak na hanay ng tuning kaysa saDFB laser. Sa karagdagan, ang panlabas na lukab optical feedback teknolohiya, na gumagamit ng panlabas na optical elemento sa feedback ang papalabas na liwanag ng semiconductor laser chip at piliin ang dalas, ay maaari ring mapagtanto ang makitid linewidth na operasyon ng semiconductor laser.
(2) Fiber laser
Ang mga fiber laser ay may mataas na kahusayan sa conversion ng bomba, magandang kalidad ng beam at mataas na kahusayan ng pagkabit, na siyang mga mainit na paksa ng pananaliksik sa larangan ng laser. Sa konteksto ng edad ng impormasyon, ang mga fiber laser ay may mahusay na pagkakatugma sa kasalukuyang mga sistema ng komunikasyon sa optical fiber sa merkado. Ang single-frequency fiber laser na may mga pakinabang ng makitid na lapad ng linya, mababang ingay at mahusay na pagkakaugnay ay naging isa sa mga mahalagang direksyon ng pag-unlad nito.
Single longitudinal mode operasyon ay ang core ng fiber laser upang makamit ang makitid na linya-lapad na output, karaniwang ayon sa istraktura ng resonator ng solong dalas fiber laser ay maaaring nahahati sa DFB uri, DBR uri at ring uri. Kabilang sa mga ito, ang prinsipyo ng pagtatrabaho ng DFB at DBR single-frequency fiber lasers ay katulad ng sa DFB at DBR semiconductor lasers.
Tulad ng ipinapakita sa Figure 1, ang DFB fiber laser ay magsusulat ng ipinamahagi na Bragg grating sa fiber. Dahil ang working wavelength ng oscillator ay apektado ng fiber period, ang longitudinal mode ay maaaring mapili sa pamamagitan ng distributed feedback ng grating. Ang laser resonator ng DBR laser ay karaniwang nabuo sa pamamagitan ng isang pares ng fiber Bragg gratings, at ang solong longitudinal mode ay pangunahing pinili ng makitid na banda at mababang reflectivity fiber Bragg gratings. Gayunpaman, dahil sa mahabang resonator nito, kumplikadong istraktura at kawalan ng epektibong mekanismo ng diskriminasyon sa dalas, ang hugis ng singsing na lukab ay madaling kapitan ng mode hopping, at mahirap gumana nang matatag sa pare-parehong longitudinal mode sa mahabang panahon.
Figure 1, Dalawang tipikal na linear na istruktura ng solong dalasfiber lasers
Oras ng post: Nob-27-2023