I dag introducerer vi en "monokromatisk" laser til den ekstreme - smal linebredde -laser. Dets fremkomst fylder hullerne i mange applikationsfelter i laser, og i de senere år er der i vid udstrækning blevet brugt i gravitationsbølgedetektion, LIDAR, distribueret sensing, højhastighedskohærent optisk kommunikation og andre felter, som er en "mission", der ikke kun kan afsluttes ved at forbedre lasermagt.
Hvad er en smal linebredde -laser?
Udtrykket "linjebredde" henviser til den spektrale linjebredde af laseren i frekvensområdet, som normalt kvantificeres med hensyn til den halve top fuld bredde af spektret (FWHM). Liniebredden påvirkes hovedsageligt af den spontane stråling af ophidsede atomer eller ioner, fasestøj, mekanisk vibration af resonatoren, temperaturjitter og andre eksterne faktorer. Jo mindre værdien af linjebredden, jo højere er spektret af renheden, det vil sige, jo bedre er laserens monokromatik. Lasere med sådanne egenskaber har normalt meget lidt fase eller frekvensstøj og meget lidt relativ intensitetsstøj. På samme tid, jo mindre den lineære breddeværdi af laseren, jo stærkere er den tilsvarende sammenhæng, der manifesteres som en ekstremt lang kohærenslængde.
Realisering og anvendelse af smal linebredde laser
Begrænset af den iboende forstærkningslinjebredde af laserens arbejdsindhold er det næsten umuligt at direkte realisere output fra den smalle linjebredde -laser ved at stole på den traditionelle oscillator selv. For at realisere driften af smal linebredde -laser er det normalt nødvendigt at bruge filtre, gitter og andre enheder til at begrænse eller vælge den langsgående modul i forstærkningsspektret, øge netthindenforskellen mellem de langsgående tilstande, så der er nogle få eller endda kun en langsgående tilstand oscillation i laserresonatoren. I denne proces er det ofte nødvendigt at kontrollere påvirkningen af støj på laserudgangen og minimere udvidelsen af spektrale linjer forårsaget af vibrations- og temperaturændringerne i det ydre miljø; På samme tid kan det også kombineres med analysen af fase- eller frekvensstøjspektraltæthed for at forstå støjkilden og optimere design af laseren for at opnå et stabilt output af den smalle linjevidtillaser.
Lad os se på realiseringen af en smal linjebredde -drift af flere forskellige kategorier af lasere.
Halvlederlasere har fordelene ved kompakt størrelse, høj effektivitet, lang levetid og økonomiske fordele.
Fabry-Perot (FP) optisk resonator, der bruges i traditionelhalvlederlasereGenerelt svinger i multi-longitudinal tilstand, og udgangsliniebredden er relativt bred, så det er nødvendigt at øge den optiske feedback for at opnå output fra smal linjebredde.
Distribueret feedback (DFB) og distribueret Bragg Reflection (DBR) er to typiske interne optiske feedback -halvlederlasere. På grund af den lille gitterbane og god bølgelængde-selektivitet er det let at opnå stabil enkeltfrekvent smal linebreddeudgang. Den største forskel mellem de to strukturer er placeringen af gitteret: DFB -strukturen distribuerer normalt den periodiske struktur af Bragg -gitteret i hele resonatoren, og resonatoren af DBR er normalt sammensat af reflektionsgitterstrukturen og forstærkningsregionen integreret i slutoverfladen. Derudover bruger DFB -lasere indlejrede riste med lavt brydningsindekskontrast og lav refleksionsevne. DBR -lasere bruger overfladegittioner med højt brydningsindekskontrast og høj refleksionsevne. Begge strukturer har et stort frit spektralt interval og kan udføre bølgelængdeindstilling uden tilstandsspring i området for et par nanometre, hvor DBR -laseren har et bredere indstillingsområde endDFB -laser. Derudover kan den eksterne hulrums optiske feedback -teknologi, der bruger eksterne optiske elementer til at feedback det udgående lys fra halvlederlaserchippen og vælge frekvensen, også realisere den smalle linjevidtiddende drift af halvlederlaser.
(2) Fiberlasere
Fiberlasere har høj pumpeomdannelseseffektivitet, god stråle kvalitet og høj koblingseffektivitet, som er de varme forskningsemner i laserfeltet. I forbindelse med informationsalderen har fiberlasere god kompatibilitet med aktuelle optiske fiberkommunikationssystemer på markedet. Den enkeltfrekvente fiberlaser med fordelene ved smal liniebredde, lav støj og god sammenhæng er blevet en af de vigtige retninger for dens udvikling.
Enkelt-langsgående tilstand-drift er kernen i fiberlaser for at opnå smal linjebreddeudgang, normalt i henhold til strukturen af resonatoren af enkeltfrekvensfiberlaser kan opdeles i DFB-type, DBR-type og ringtype. Blandt dem svarer arbejdsprincippet for DFB og DBR-enkeltfrekvente fiberlasere til det for DFB- og DBR-halvlederlasere.
Som vist i figur 1 er DFB -fiberlaser at skrive distribueret Bragg -gitter ind i fiberen. Da den arbejdsbølgelængde af oscillatoren påvirkes af fiberperioden, kan den langsgående tilstand vælges gennem den distribuerede feedback af gitteret. Laserresonatoren af DBR -laser dannes normalt af et par fiberbragg -riste, og den enkelte langsgående tilstand vælges hovedsageligt af smalt bånd og lav refleksionsfiberbragg -riste. På grund af sin lange resonator, komplekse struktur og mangel på effektiv frekvensdiskrimineringsmekanisme er ringformet hulrum imidlertid tilbøjelig til tilstandshopping, og det er vanskeligt at arbejde stabilt i konstant langsgående tilstand i lang tid.
Figur 1, to typiske lineære strukturer af enkeltfrekvensFiberlasere
Posttid: Nov-27-2023