Ngayon, ipakikilala natin ang isang "monochromatic" laser sa sukdulan – ang makitid na linewidth laser. Ang paglitaw nito ay pinupunan ang mga kakulangan sa maraming larangan ng aplikasyon ng laser, at sa mga nakaraang taon ay malawakang ginamit ito sa gravitational wave detection, liDAR, distributed sensing, high-speed coherent optical communication at iba pang mga larangan, na isang "misyon" na hindi makukumpleto sa pamamagitan lamang ng pagpapabuti ng lakas ng laser.
Ano ang isang makitid na linewidth laser?
Ang terminong "lapad ng linya" ay tumutukoy sa lapad ng linya ng spectral ng laser sa frequency domain, na karaniwang binibilang sa mga tuntunin ng half-peak full width ng spectrum (FWHM). Ang linewidth ay pangunahing apektado ng kusang radiation ng mga excited atoms o ions, phase noise, mechanical vibration ng resonator, temperature jitter at iba pang panlabas na salik. Kung mas maliit ang halaga ng lapad ng linya, mas mataas ang kadalisayan ng spectrum, ibig sabihin, mas mabuti ang monochromaticity ng laser. Ang mga laser na may ganitong mga katangian ay karaniwang may napakakaunting phase o frequency noise at napakakaunting relatibong intensity noise. Kasabay nito, kung mas maliit ang linear width value ng laser, mas malakas ang katumbas na coherence, na ipinapakita bilang isang napakahabang haba ng coherence.
Pagsasakatuparan at aplikasyon ng makitid na linewidth laser
Dahil limitado ng likas na gain linewidth ng gumaganang sangkap ng laser, halos imposibleng direktang makuha ang output ng makitid na linewidth laser sa pamamagitan ng pag-asa sa tradisyonal na oscillator mismo. Upang maisakatuparan ang operasyon ng makitid na linewidth laser, karaniwang kinakailangan ang paggamit ng mga filter, grating at iba pang mga aparato upang limitahan o piliin ang longitudinal modulus sa gain spectrum, dagdagan ang net gain difference sa pagitan ng mga longitudinal mode, upang mayroong ilan o kahit isang longitudinal mode oscillation lamang sa laser resonator. Sa prosesong ito, madalas na kinakailangan upang kontrolin ang impluwensya ng ingay sa output ng laser, at bawasan ang paglawak ng mga spectral lines na dulot ng mga pagbabago sa vibration at temperatura ng panlabas na kapaligiran; Kasabay nito, maaari rin itong pagsamahin 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 laser.
Tingnan natin ang pagsasakatuparan ng operasyon ng narrow linewidth ng ilang iba't ibang kategorya ng mga laser.
Ang mga semiconductor laser ay may mga bentahe ng compact na laki, mataas na kahusayan, mahabang buhay at mga benepisyong pang-ekonomiya.
Ang Fabry-Perot (FP) optical resonator na ginagamit sa tradisyonal namga laser na semiconductorkaraniwang nag-o-oscillate sa multi-longitudinal mode, at ang lapad ng output line ay medyo malawak, kaya kinakailangang 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 internal optical feedback semiconductor laser. Dahil sa maliit na grating pitch at mahusay na wavelength selectivity, madaling makamit ang matatag na single-frequency narrow linewidth output. Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng dalawang istruktura ay ang posisyon ng grating: ang istrukturang DFB ay karaniwang ipinamamahagi ang periodic structure ng Bragg grating sa buong resonator, at ang resonator ng DBR ay karaniwang binubuo ng reflection grating structure at gain region na isinama sa end surface. Bilang karagdagan, ang mga DFB laser ay gumagamit ng mga embedded grating na may mababang refractive index contrast at mababang reflectivity. Ang mga DBR laser ay gumagamit ng mga surface grating na may mataas na refractive index contrast at mataas na reflectivity. Ang parehong istruktura ay may malaking free spectral range at maaaring magsagawa ng wavelength tuning nang walang mode jump sa hanay na ilang nanometer, kung saan ang DBR laser ay may mas malawak na tuning range kaysa saLaser ng DFBBukod pa rito, ang teknolohiyang optical feedback ng external cavity, na gumagamit ng mga panlabas na optical elements upang mag-feedback ng papalabas na liwanag ng semiconductor laser chip at piliin ang frequency, ay maaari ring maisakatuparan ang operasyon ng makitid na linewidth ng semiconductor laser.
(2) Mga fiber laser
Ang mga fiber laser ay may mataas na kahusayan sa pump conversion, mahusay na kalidad ng beam at mataas na kahusayan sa coupling, na siyang mga mainit na paksa ng pananaliksik sa larangan ng laser. Sa konteksto ng panahon ng impormasyon, ang mga fiber laser ay may mahusay na pagkakatugma sa kasalukuyang mga sistema ng komunikasyon ng optical fiber sa merkado. Ang single-frequency fiber laser na may mga bentahe ng makitid na lapad ng linya, mababang ingay at mahusay na coherence ay naging isa sa mga mahahalagang direksyon ng pag-unlad nito.
Ang single longitudinal mode operation ang pangunahing bahagi ng fiber laser upang makamit ang makitid na line-width output, kadalasan ayon sa istruktura ng resonator, ang single frequency fiber laser ay maaaring hatiin sa DFB type, DBR type at ring type. Kabilang sa mga ito, ang prinsipyo ng paggana ng DFB at DBR single-frequency fiber laser ay katulad ng sa DFB at DBR semiconductor laser.
Gaya ng ipinapakita sa Figure 1, ang DFB fiber laser ay nagsusulat ng distributed 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 binubuo ng isang pares ng fiber Bragg gratings, at ang single longitudinal mode ay pangunahing pinipili ng makitid na banda at low reflectivity fiber Bragg gratings. Gayunpaman, dahil sa mahabang resonator, kumplikadong istraktura, at kawalan ng epektibong mekanismo ng frequency discrimination, ang hugis-singsing na cavity ay madaling kapitan ng mode hopping, at mahirap itong gumana nang matatag sa constant longitudinal mode sa loob ng mahabang panahon.
Pigura 1, Dalawang tipikal na linear na istruktura ng iisang dalasmga fiber laser
Oras ng pag-post: Nob-27-2023