Laserteknologi med smal linjebredde del to
I 1960 var verdens første rubinlaser en solid-state laser, preget av høy utgangsenergi og bredere bølgelengdedekning.Den unike romlige strukturen til solid-state laser gjør den mer fleksibel i utformingen av smal linjebredde.For tiden inkluderer de viktigste metodene som er implementert kort hulrom metode, enveis ring hulrom metode, intrakavitet standard metode, torsjon pendel modus hulrom metode, volum Bragg gitter metode og frø injeksjon metode.
Figur 7 viser strukturen til flere typiske enkelt-langsgående modus faststofflasere.
Figur 7(a) viser arbeidsprinsippet for enkelt longitudinell modusvalg basert på in-cavity FP-standarden, det vil si at det smale linjebredde overføringsspekteret til standarden brukes til å øke tapet av andre langsgående moduser, slik at andre langsgående moduser filtreres ut i moduskonkurranseprosessen på grunn av deres lille transmittans, for å oppnå enkel langsgående modusdrift.I tillegg kan et visst område for bølgelengdeinnstilling oppnås ved å kontrollere vinkelen og temperaturen til FP-standarden og endre det langsgående modusintervallet.FIG.7(b) og (c) viser den ikke-planare ringoscillatoren (NPRO) og torsjonspendelmodus-hulromsmetoden brukt 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 valg av bulk Bragg grating (VBG) modus er lik det for halvleder- og fiberlasere med smal linjebredde nevnt tidligere, det vil si ved å bruke VBG som et filterelement, basert på dens gode spektralselektivitet og vinkelselektivitet, oscillatoren oscillerer ved en bestemt bølgelengde eller bånd for å oppnå rollen som longitudinell modusvalg, som vist i figur 7(d).
Samtidig kan flere longitudinelle modusvalgmetoder kombineres i henhold til behov for å forbedre den langsgående modusvalgnøyaktigheten, begrense linjebredden ytterligere eller øke moduskonkurranseintensiteten ved å introdusere ikke-lineær frekvenstransformasjon og andre midler, og utvide utgangsbølgelengden på laseren mens den opererer i en smal linjebredde, noe som er vanskelig å gjøre forhalvlederlaserogfiberlasere.
(4) Brillouin-laser
Brillouin-laser er basert på stimulert Brillouin-spredning (SBS)-effekt for å oppnå lav støy, smal linjebredde-utgangsteknologi, prinsippet er gjennom fotonet og det interne akustiske feltinteraksjonen for å produsere en viss frekvensforskyvning av Stokes-fotoner, og forsterkes kontinuerlig innenfor få båndbredde.
Figur 8 viser nivådiagrammet for SBS-konvertering og den grunnleggende strukturen til Brillouin-laseren.
På grunn av den lave vibrasjonsfrekvensen til det akustiske feltet er Brillouin-frekvensforskyvningen til materialet vanligvis bare 0,1-2 cm-1, så med 1064 nm laser som pumpelys, er Stokes-bølgelengden som genereres ofte bare ca. 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 ca. 10 MHz), er den langt mindre enn forsterkningslinjebredden til laserarbeidsstoffet i størrelsesorden 100 GHz, så The Stokes eksiterte i Brillouin-laser kan vise åpenbare spektruminnsnevringsfenomener etter multippel forsterkning i hulrommet, og utgangslinjebredden er flere størrelsesordener smalere enn pumpelinjebredden.For tiden har Brillouin-laser blitt et forskningshotspot innen fotonikk, og det har vært mange rapporter om Hz- og sub-Hz-rekkefølgen for ekstremt smal linjebreddeutgang.
De siste årene har Brillouin-enheter med bølgelederstruktur dukket opp innen feltetmikrobølgefotonikk, og utvikler seg raskt i retning av miniatyrisering, høy integrasjon og høyere oppløsning.I tillegg har den romløpende Brillouin-laseren basert på nye krystallmaterialer som diamant også kommet inn i folks visjon de siste to årene, dets innovative gjennombrudd i kraften til bølgelederstrukturen og kaskade SBS-flaskehalsen, kraften til Brillouin-laseren til 10 W styrke, og legger grunnlaget for å utvide bruksområdet.
Generelt veikryss
Med den kontinuerlige utforskningen av banebrytende kunnskap har lasere med smal linjebredde blitt et uunnværlig verktøy i vitenskapelig forskning med sin utmerkede ytelse, for eksempel laserinterferometeret LIGO for gravitasjonsbølgedeteksjon, som bruker en enkeltfrekvens smal linjebreddelasermed en bølgelengde på 1064 nm som frøkilde, og linjebredden til frølyset er innenfor 5 kHz.I tillegg viser smalbreddelasere med bølgelengdeavstemt og uten modushopp også stort brukspotensial, spesielt i sammenhengende kommunikasjon, som perfekt kan møte behovene til bølgelengdedelingsmultipleksing (WDM) eller frekvensdelingsmultipleksing (FDM) for bølgelengde (eller frekvens) ) tunability, og forventes å bli kjerneenheten i neste generasjon mobilkommunikasjonsteknologi.
I fremtiden vil innovasjonen av lasermaterialer og prosesseringsteknologi ytterligere fremme komprimering av laserlinjebredde, forbedring av frekvensstabilitet, utvidelse av bølgelengdeområdet og forbedring av kraft, og baner vei for menneskelig utforskning av den ukjente verden.
Innleggstid: 29. november 2023