Laserteknologi med smal linjebredde, del 2
I 1960 var verdens første rubinlaser en solid state-laser, kendetegnet ved en høj udgangsenergi og en bredere bølgelængdedækning.Den unikke rumlige struktur af solid-state laser gør den mere fleksibel i udformningen af output med smal linjebredde.På nuværende tidspunkt omfatter de vigtigste implementerede metoder kort hulrum metode, envejs ring hulrum metode, intrakavitet standard metode, torsion pendul mode hulrum metode, volumen Bragg gitter metode og frø injektion metode.
Figur 7 viser strukturen af adskillige typiske single-longitudinal mode solid state lasere.
Figur 7(a) viser arbejdsprincippet for enkelt longitudinal modevalg baseret på in-cavity FP-standarden, det vil sige, at standardens smalle linjebredde transmissionsspektrum 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 en enkelt longitudinel drift.Derudover kan et vist område af bølgelængdetuningoutput opnås ved at kontrollere vinklen og temperaturen for FP-standarden og ændre det langsgående modusinterval.FIG.7(b) og (c) viser den ikke-planære ringoscillator (NPRO) og torsionspendulmodus-kavitetsmetoden, der anvendes til at opnå et enkelt longitudinelt modusoutput.Arbejdsprincippet 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 en enkelt longitudinal mode output.Princippet for valg af bulk Bragg-gitter (VBG)-tilstand svarer til det for halvleder- og fiberlasere med smal linjebredde nævnt tidligere, det vil sige ved at bruge VBG som et filterelement, baseret på dets gode spektrale selektivitet og vinkelselektivitet, oscillatoren oscillerer ved en specifik bølgelængde eller bånd for at opnå rollen som longitudinel modusvalg, som vist i figur 7(d).
Samtidig kan flere metoder til udvælgelse af longitudinelle tilstande kombineres efter behov for at forbedre den longitudinelle udvælgelsesnøjagtighed, yderligere indsnævre linjebredden eller øge modekonkurrenceintensiteten ved at indføre ikke-lineær frekvenstransformation og andre midler og udvide outputbølgelængden på laseren, mens den opererer i en smal linjebredde, hvilket er svært at gøre forhalvleder laserogfiberlasere.
(4) Brillouin-laser
Brillouin-laseren er baseret på stimuleret Brillouin-spredningseffekt (SBS) for at opnå lav støj, snæver linjebredde-outputteknologi, dens princip er gennem fotonen og det interne akustiske feltinteraktion for at producere en vis frekvensforskydning af Stokes-fotoner og forstærkes kontinuerligt inden for få båndbredde.
Figur 8 viser niveaudiagrammet for SBS-konvertering og den grundlæggende struktur af Brillouin-laseren.
På grund af det akustiske felts lave vibrationsfrekvens er Brillouin-frekvensforskydningen af materialet normalt kun 0,1-2 cm-1, så med 1064 nm laser som pumpelys er den genererede Stokes-bølgelængde ofte kun omkring 1064,01 nm, men dette betyder også, at dens kvantekonverteringseffektivitet er ekstrem høj (op til 99,99% i teorien).Fordi mediets Brillouin-forstærkningslinjebredde normalt kun er af størrelsesordenen MHZ-ghz (Brillouin-forstærkningsliniebredden for nogle faste medier er kun ca. 10 MHz), er den langt mindre end forstærkningslinjebredden af laserbearbejdningsstoffet af størrelsesordenen 100 GHz, så The Stokes exciteret i Brillouin-laser kan vise et åbenlyst spektrum indsnævring fænomen efter multipel forstærkning i hulrummet, og dens udgangslinjebredde er flere størrelsesordener smallere end pumpelinjebredden.På nuværende tidspunkt er Brillouin-laser blevet et forskningshotspot inden for fotonikområdet, og der har været mange rapporter om Hz- og sub-Hz-rækkefølgen af ekstremt smal linjebredde-output.
I de senere år er der dukket Brillouin enheder med bølgelederstruktur op inden formikrobølgefotonik, og udvikler sig hurtigt i retning af miniaturisering, høj integration og højere opløsning.Derudover er den rumløbende Brillouin-laser baseret på nye krystalmaterialer såsom diamant også kommet ind i folks vision i de sidste to år, dets innovative gennembrud i kraften i bølgelederstrukturen og kaskade SBS-flaskehalsen, kraften i Brillouin-laseren til 10 W størrelse, hvilket lægger grundlaget for at udvide dets anvendelse.
Generelt kryds
Med den kontinuerlige udforskning af banebrydende viden er lasere med smal linjebredde blevet et uundværligt værktøj i videnskabelig forskning med deres fremragende ydeevne, såsom laserinterferometeret LIGO til gravitationsbølgedetektion, som bruger en enkelt frekvens smal linjebreddelasermed en bølgelængde på 1064 nm som frøkilde, og linjebredden af frølyset er inden for 5 kHz.Derudover viser smal-bredde-lasere med bølgelængde-tunerbar og ingen modusspring også et stort anvendelsespotentiale, især i sammenhængende kommunikation, som perfekt kan opfylde behovene for bølgelængdedelingsmultipleksing (WDM) eller frekvensdelingsmultipleksing (FDM) for bølgelængde (eller frekvens) ) tunability, og forventes at blive kerneenheden i den næste generation af mobilkommunikationsteknologi.
I fremtiden vil innovationen af lasermaterialer og forarbejdningsteknologi yderligere fremme komprimering af laserlinjebredde, forbedring af frekvensstabilitet, udvidelse af bølgelængdeområdet og forbedring af kraft, hvilket baner vejen for menneskelig udforskning af den ukendte verden.
Indlægstid: 29. november 2023