Smal linjebreddelaserteknologi del to
I 1960 kom verdens første rubinlaser, en faststofflaser, karakterisert av høy utgangsenergi og bredere bølgelengdedekning. Den unike romlige strukturen til faststofflasere gjør den mer fleksibel i design av smal linjebreddeutgang. For tiden inkluderer de viktigste metodene som er implementert korthulromsmetoden, enveis ringhulromsmetoden, intrakavitetsstandardmetoden, torsjonspendelmodushulromsmetoden, volum-Bragg-gittermetoden og frøinjeksjonsmetoden.
Figur 7 viser strukturen til flere typiske enkelt-longitudinelle modus faststofflasere.
Figur 7(a) viser arbeidsprinsippet for valg av enkelt longitudinelt modus basert på FP-standarden i hulrommet, det vil si at standardens smale linjebreddetransmisjonsspektrum brukes til å øke tapet av andre longitudinelle moduser, slik at andre longitudinelle moduser filtreres ut i moduskonkurranseprosessen på grunn av deres lave transmittans, for å oppnå drift med enkelt longitudinelt modus. I tillegg kan et visst område av bølgelengdejusteringsutgang oppnås ved å kontrollere vinkelen og temperaturen til FP-standarden og endre det longitudinelle modusintervallet. FIG. 7(b) og (c) viser den ikke-planare ringoscillatoren (NPRO) og torsjonspendelmodushulromsmetoden som brukes for å oppnå en enkelt longitudinell modusutgang. Arbeidsprinsippet er å få strålen til å forplante seg i en enkelt retning i resonatoren, effektivt eliminere den ujevne romlige fordelingen av antall reverserte partikler i det vanlige stående bølgehulrommet, og dermed unngå påvirkningen av den romlige hullbrenningseffekten for å oppnå en enkelt longitudinell modusutgang. Prinsippet for modusvalg med bulk-Bragg-gitter (VBG) ligner på prinsippet for halvleder- og fiberlasere med smal linjebredde som er nevnt tidligere, det vil si at ved å bruke VBG som filterelement, basert på god spektralselektivitet og vinkelselektivitet, oscillerer oscillatoren ved en spesifikk bølgelengde eller bånd for å oppnå rollen som longitudinelt modusvalg, som vist i figur 7(d).
Samtidig kan flere longitudinelle modusvalgsmetoder kombineres etter behov for å forbedre nøyaktigheten av longitudinell modusvalg, ytterligere begrense linjebredden eller øke moduskonkurranseintensiteten ved å introdusere ikke-lineær frekvenstransformasjon og andre metoder, og utvide laserens utgangsbølgelengde mens den opererer i en smal linjebredde, noe som er vanskelig å gjøre forhalvlederlaserogfiberlasere.
(4) Brillouin-laser
Brillouin-laseren er basert på stimulert Brillouin-spredning (SBS) for å oppnå lavstøy og smal linjebreddeutgangsteknologi. Prinsippet er at fotonet og det interne akustiske feltet samhandler for å produsere et visst frekvensskifte av Stokes-fotoner, og forsterkes kontinuerlig innenfor forsterkningsbåndbredden.
Figur 8 viser nivådiagrammet for SBS-konvertering og den grunnleggende strukturen til Brillouin-laseren.
På grunn av den lave vibrasjonsfrekvensen i det akustiske feltet, er Brillouin-frekvensforskyvningen til materialet vanligvis bare 0,1–2 cm⁻¹, så med 1064 nm laser som pumpelys er den genererte Stokes-bølgelengden ofte bare rundt 1064,01 nm, men dette betyr også at kvantekonverteringseffektiviteten er ekstremt høy (opptil 99,99 % i teorien). I tillegg, fordi Brillouin-forsterkningslinjebredden til mediet vanligvis bare er i størrelsesorden MHZ–ghz (Brillouin-forsterkningslinjebredden til noen faste medier er bare rundt 10 MHz), er den langt mindre enn forsterkningslinjebredden til laserens arbeidssubstans i størrelsesorden 100 GHz, så Stokes-eksitasjonen i Brillouin-laseren kan vise et tydelig spektruminnsnevringsfenomen etter flere forsterkninger i hulrommet, og utgangslinjebredden er flere størrelsesordener smalere enn pumpelinjebredden. For tiden har Brillouin-laser blitt et forskningsfokus innen fotonikkfeltet, og det har vært mange rapporter om Hz- og subHz-orden for ekstremt smal linjebreddeutgang.
I de senere årene har Brillouin-enheter med bølgelederstruktur dukket opp innenmikrobølgefotonikk, og utvikler seg raskt i retning av miniatyrisering, høy integrasjon og høyere oppløsning. I tillegg har den romgående Brillouin-laseren basert på nye krystallmaterialer som diamant også kommet i folks øyne de siste to årene, dens innovative gjennombrudd i kraften til bølgelederstrukturen og kaskade SBS-flaskehalsen, kraften til Brillouin-laseren til 10 W, legger grunnlaget for å utvide bruken.
Generelt kryss
Med kontinuerlig utforskning av banebrytende kunnskap har smale linjebreddelasere blitt et uunnværlig verktøy i vitenskapelig forskning med sin utmerkede ytelse, slik som laserinterferometeret LIGO for gravitasjonsbølgedeteksjon, som bruker en enkeltfrekvens smal linjebreddelaser.lasermed en bølgelengde på 1064 nm som frøkilde, og linjebredden til frølyset er innenfor 5 kHz. I tillegg viser smalbreddelasere med bølgelengdejusterbarhet og uten modushopp også et stort anvendelsespotensial, spesielt innen koherent kommunikasjon, som perfekt kan møte behovene til bølgelengdedelingsmultipleksing (WDM) eller frekvensdelingsmultipleksing (FDM) for bølgelengde- (eller frekvens-)justerbarhet, og forventes å bli kjerneenheten i neste generasjon mobilkommunikasjonsteknologi.
I fremtiden vil innovasjon av lasermaterialer og prosesseringsteknologi ytterligere fremme komprimering av laserlinjebredde, forbedring av frekvensstabilitet, utvidelse av bølgelengdeområde og forbedring av effekt, noe som baner vei for menneskelig utforskning av den ukjente verden.
Publisert: 29. november 2023