Smal linjebreddelaserteknologi del to

Smal linjebreddelaserteknologi del to

(3)Faststoflaser

I 1960 kom verdens første rubinlaser, en faststoflaser, der var kendetegnet ved en høj udgangsenergi og en bredere bølgelængdedækning. Den unikke rumlige struktur af faststoflasere gør den mere fleksibel i design af smal linjebreddeudgang. De vigtigste implementerede metoder omfatter i øjeblikket korthulrumsmetoden, envejs-ringhulrumsmetoden, intrakavitetsstandardmetoden, torsionspendul-tilstandshulrumsmetoden, volumen-Bragg-gittermetoden og frøinjektionsmetoden.

Figur 7 viser strukturen af ​​flere typiske enkelt-longitudinelle faststoflasere.

Figur 7(a) viser funktionsprincippet for enkelt longitudinel modevalg baseret på in-cavity FP-standarden, dvs. at standardens smalle linjebreddetransmissionsspektrum bruges til at øge tabet af andre longitudinelle modes, således at andre longitudinelle modes filtreres fra i modekonkurrenceprocessen på grund af deres lille transmittans, for at opnå enkelt longitudinel modedrift. Derudover kan et vist område af bølgelængdetuningoutput opnås ved at kontrollere vinklen og temperaturen på FP-standarden og ændre det longitudinelle modeinterval. FIG. 7(b) og (c) viser den ikke-planare ringoscillator (NPRO) og torsionspendulmodekavitetsmetode, der bruges til at opnå et enkelt longitudinelt modeoutput. Funktionsprincippet er at få strålen til at udbrede sig i en enkelt retning i resonatoren, effektivt eliminere den ujævne rumlige fordeling af antallet af omvendte partikler i det almindelige stående bølgehulrum og dermed undgå påvirkningen af ​​den rumlige hulbrændingseffekt for at opnå et enkelt longitudinelt modeoutput. Princippet for bulk Bragg-gitter (VBG) modevalg ligner det, der er nævnt tidligere for halvleder- og fiberlasere med smal linjebredde, dvs. ved at bruge VBG som filterelement, baseret på dets gode spektrale selektivitet og vinkelselektivitet, oscillerer oscillatoren ved en specifik bølgelængde eller et bånd for at opnå rollen som longitudinel modevalg, som vist i figur 7(d).
Samtidig kan adskillige longitudinelle modevalgsmetoder kombineres efter behov for at forbedre nøjagtigheden af ​​longitudinel modevalg, yderligere indsnævre linjebredden eller øge modekonkurrenceintensiteten ved at introducere ikke-lineær frekvenstransformation og andre midler og udvide laserens udgangsbølgelængde, mens den opererer i en smal linjebredde, hvilket er vanskeligt at gøre forhalvlederlaserogfiberlasere.

(4) Brillouin-laser

Brillouin-laseren er baseret på stimuleret Brillouin-spredning (SBS) for at opnå støjsvag, smal linjebredde-outputteknologi. Princippet er, at der via foton og det interne akustiske felt produceres et bestemt frekvensskift af Stokes-fotoner, som kontinuerligt forstærkes inden for forstærkningsbåndbredden.

Figur 8 viser niveaudiagrammet for SBS-konvertering og den grundlæggende struktur af Brillouin-laseren.

På grund af den lave vibrationsfrekvens i det akustiske felt er materialets Brillouin-frekvensforskydning normalt kun 0,1-2 cm-1, så med en 1064 nm laser som pumpelys er den genererede Stokes-bølgelængde ofte kun omkring 1064,01 nm, men det betyder også, at dens kvantekonverteringseffektivitet er ekstremt høj (op til 99,99% i teorien). Derudover, fordi mediets Brillouin-forstærkningslinjebredde normalt kun er i størrelsesordenen MHZ-ghz (Brillouin-forstærkningslinjebredden for nogle faste medier er kun omkring 10 MHz), er den langt mindre end laserens arbejdssubstans' forstærkningslinjebredde i størrelsesordenen 100 GHz, så Stokes-ekscitationen i Brillouin-laseren kan vise et tydeligt spektrumindsnævringsfænomen efter multiple forstærkninger i hulrummet, og dens udgangslinjebredde er flere størrelsesordener smallere end pumpelinjebredden. I øjeblikket er Brillouin-laser blevet et forskningsområde inden for fotonik, og der har været mange rapporter om Hz- og subHz-ordenen for ekstremt smal linjebreddeudgang.

I de senere år er Brillouin-enheder med bølgelederstruktur dukket op inden formikrobølgefotonik, og udvikler sig hurtigt i retning af miniaturisering, høj integration og højere opløsning. Derudover er den rumkørende Brillouin-laser baseret på nye krystalmaterialer som diamant også kommet i folks øjne i de sidste to år, dens innovative gennembrud inden for bølgelederstrukturens kraft og kaskade-SBS-flaskehalsen, Brillouin-laserens kraft til 10 W, hvilket lægger grundlaget for at udvide dens anvendelse.
Generelt vejkryds
Med den løbende udforskning af banebrydende viden er smalle linjebreddelasere blevet et uundværligt værktøj i videnskabelig forskning med deres fremragende ydeevne, såsom laserinterferometeret LIGO til gravitationsbølgedetektion, der bruger en enkeltfrekvens smal linjebreddelaser.lasermed en bølgelængde på 1064 nm som frøkilde, og linjebredden af ​​frølyset er inden for 5 kHz. Derudover viser smalbreddelasere med bølgelængdejusterbarhed og intet modespring også et stort anvendelsespotentiale, især inden for kohærent kommunikation, som perfekt kan opfylde behovene for bølgelængdedivisionsmultipleksing (WDM) eller frekvensdivisionsmultipleksing (FDM) for bølgelængde- (eller frekvens-)justerbarhed, og forventes at blive kerneenheden i den næste generation af mobilkommunikationsteknologi.
I fremtiden vil innovationen af ​​lasermaterialer og forarbejdningsteknologi yderligere fremme komprimeringen af ​​laserlinjebredden, forbedringen af ​​frekvensstabiliteten, udvidelsen af ​​bølgelængdeområdet og forbedringen af ​​effekten, hvilket baner vejen for menneskelig udforskning af den ukendte verden.