I dag vil vi introdusere en "monokromatisk" laser til den ekstreme - smale linjebreddelaseren. Fremveksten fyller hullene i mange påføringsfelt av laser, og har de siste årene blitt mye brukt i gravitasjonsbølgedeteksjon, lidar, distribuert sensing, høyhastighets sammenhengende optisk kommunikasjon og andre felt, som er et "oppdrag" som ikke bare kan fullføres ved å forbedre laserkraften.
Hva er en smal linjebreddelaser?
Begrepet "linjebredde" refererer til spektrallinjebredden på laseren i frekvensdomenet, som vanligvis er kvantifisert med tanke på halvtoppen full bredde på spekteret (FWHM). Linjebredden påvirkes hovedsakelig av den spontane strålingen av eksiterte atomer eller ioner, fasestøy, mekanisk vibrasjon av resonatoren, temperaturjitter og andre eksterne faktorer. Jo mindre verdien av linjebredden, jo høyere renhet av spekteret, det vil si, jo bedre er monokromatisiteten til laseren. Lasere med slike egenskaper har vanligvis veldig liten fase- eller frekvensstøy og veldig liten relativ intensitetsstøy. Samtidig, jo mindre lineær breddeverdi av laseren, desto sterkere er den tilsvarende koherensen, som manifesteres som en ekstremt lang sammenhengslengde.
Realisering og anvendelse av smal linjebreddelaser
Begrenset av den iboende gevinstlinjebredden på laserens arbeidsstoff, er det nesten umulig å direkte realisere utgangen fra den smale linjebreddelaseren ved å stole på selve den tradisjonelle oscillatoren. For å realisere driften av smal linjebredde -laser, er det vanligvis nødvendig å bruke filtre, gitter og andre enheter for å begrense eller velge langsgående modul i forsterkningsspekteret, øke netto forsterkningsforskjellen mellom langsgående modus, slik at det er noen få eller bare en langsgående modus -oscillasjon i laserresonatoren. I denne prosessen er det ofte nødvendig å kontrollere påvirkningen av støy på laserutgangen, og minimere utvidelsen av spektrale linjer forårsaket av vibrasjons- og temperaturendringene i det ytre miljø; Samtidig kan det også kombineres med analysen av fase- eller frekvensstøyspektraltetthet for å forstå støykilden og optimalisere utformingen av laseren, for å oppnå stabil utgang fra den smale linjebreddelaseren.
La oss se på realiseringen av smal linjebreddeoperasjon av flere forskjellige kategorier av lasere.
Halvlederlasere har fordelene med kompakt størrelse, høy effektivitet, lang levetid og økonomiske fordeler.
Fabry-Perot (FP) optisk resonator brukt i tradisjonellhalvlederlasereOscillerer generelt i multi-langsgående modus, og utgangslinjebredden er relativt bred, så det er nødvendig å øke den optiske tilbakemeldingen for å oppnå utgangen fra smal linjebredde.
Distribuert tilbakemelding (DFB) og distribuert Bragg Reflection (DBR) er to typiske interne optiske tilbakemeldingssemikonslasere. På grunn av den lille ristet tonehøyde og god bølgelengde-selektivitet, er det lett å oppnå stabil enfrekvent smal linjebreddeutgang. Hovedforskjellen mellom de to strukturene er gitterets plassering: DFB -strukturen distribuerer vanligvis den periodiske strukturen til Bragg -gitteret i hele resonatoren, og resonatoren til DBR er vanligvis sammensatt av refleksjonsgitterstrukturen og forsterkningsregionen integrert i endeflaten. I tillegg bruker DFB -lasere innebygde rister med lav brytningsindekskontrast og lav refleksjonsevne. DBR -lasere bruker overflategitter med høy brytningsindekskontrast og høy refleksjonsevne. Begge strukturer har et stort fritt spektralt utvalg og kan utføre bølgelengdes tuning uten modushopp i området for noen få nanometer, der DBR -laseren har et bredere innstillingsområde ennDFB -laser. I tillegg kan den eksterne hulroms optiske tilbakemeldingsteknologien, som bruker eksterne optiske elementer for å tilbakemelding av det utgående lyset fra halvlederlaserbrikken og velge frekvens, også realisere den smale linjebreddeoperasjonen til halvlederlaseren.
(2) Fiberlasere
Fiberlasere har høy pumpekonverteringseffektivitet, god strålekvalitet og høy koblingseffektivitet, som er de varme forskningsemnene i laserfeltet. I sammenheng med informasjonsalderen har fiberlasere god kompatibilitet med nåværende optiske fiberkommunikasjonssystemer i markedet. Ensfrekvensfiberlaseren med fordelene med smal linjebredde, lav støy og god sammenheng har blitt en av de viktige retningene for utviklingen.
Enkel langsgående modusoperasjon er kjernen i fiberlaser for å oppnå smal linjebreddeutgang, vanligvis i henhold til strukturen til resonatoren av enkeltfrekvens fiberlaser kan deles inn i DFB-type, DBR-type og ringetype. Blant dem er arbeidsprinsippet for DFB- og DBR-enfrekvente fiberlasere lik det for DFB- og DBR-halvlederlasere.
Som vist i figur 1, er DFB -fiberlaser å skrive distribuert Bragg -gitter inn i fiberen. Fordi arbeidsbølgelengden til oscillatoren påvirkes av fiberperioden, kan langsgående modus velges gjennom distribuert tilbakemelding av gitteret. Laserresonatoren til DBR -laser dannes vanligvis av et par fiberbragg rister, og den enkelt langsgående modus er hovedsakelig valgt av smalt bånd og bragg -gitter med lav refleksjonsevne. På grunn av sin lange resonator, komplekse struktur og mangel på effektiv frekvensdiskrimineringsmekanisme, er ringformet hulrom imidlertid utsatt for modushopping, og det er vanskelig å jobbe stabilt i konstant langsgående modus i lang tid.
Figur 1, to typiske lineære strukturer av enkeltfrekvensFiberlasere
Post Time: Nov-27-2023