Hva er ensmal linjebreddelaser?
Smal linjebreddelaser. Begrepet «linjebredde» refererer til den spektrale linjebredden tillaseri frekvensdomenet, som vanligvis kvantifiseres i form av halvpeak fullbredde av spekteret (FWHM). Linjebredden påvirkes hovedsakelig av spontan stråling fra eksiterte atomer eller ioner, fasestøy, mekanisk vibrasjon fra resonatoren, temperaturjitter og andre eksterne faktorer. Jo mindre verdien på linjebredden er, desto høyere er spekterets renhet, det vil si, desto bedre er laserens monokromatiske egenskaper. Lasere med slike egenskaper har vanligvis svært lite fase- eller frekvensstøy og svært lite relativ intensitetsstøy. Samtidig, jo mindre den lineære breddeverdien til laseren er, desto sterkere er den tilsvarende koherensen, som manifesterer seg som en ekstremt lang koherenslengde.
Realisering og anvendelse av smal linjebreddelaser
Begrenset av den iboende forsterkningslinjebredden til laserens arbeidssubstans, 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 en smal linjebreddelaser er det vanligvis nødvendig å bruke filtre, gitter og andre enheter for å begrense eller velge den longitudinale modulen i forsterkningsspekteret, øke netto forsterkningsforskjellen mellom de longitudinale modusene, slik at det er noen få eller til og med bare én longitudinale modusoscillasjon i laserresonatoren. I denne prosessen er det ofte nødvendig å kontrollere påvirkningen av støy på laserutgangen, og minimere utvidelsen av spektrallinjer forårsaket av vibrasjon og temperaturendringer i det ytre miljøet. Samtidig kan det også kombineres med analyse av fase- eller frekvensstøyspektraltetthet for å forstå støykilden og optimalisere laserens design, for å oppnå stabil utgang fra den smale linjebreddelaseren.
La oss ta en titt 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 tradisjonellehalvlederlasereoscillerer vanligvis i multilongitudinell modus, og utgangslinjebredden er relativt bred, så det er nødvendig å øke den optiske tilbakekoblingen for å oppnå utgang med smal linjebredde.
Distribuert tilbakekobling (DFB-laser) og distribuert Bragg-refleksjon (DBR) er to typiske interne optiske tilbakekoblingshalvlederlasere. På grunn av den lille gitteravstanden og god bølgelengdeselektivitet er det enkelt å oppnå stabil utgang med smal linjebredde og én frekvens. Hovedforskjellen mellom de to strukturene er gitterets plassering: DFB-laserstrukturen fordeler vanligvis den periodiske strukturen til Bragg-gitteret gjennom resonatoren, og resonatoren til DBR består vanligvis av refleksjonsgitterstrukturen og forsterkningsområdet integrert i endeflaten. I tillegg bruker DFB-lasere innebygde gittere med lav brytningsindekskontrast og lav reflektivitet. DBR-lasere bruker overflategittere med høy brytningsindekskontrast og høy reflektivitet. Begge strukturene har et stort fritt spektralområde og kan utføre bølgelengdejustering uten modushopp i området noen få nanometer, der DBR-laseren har et bredere justeringsområde ennDFB-laserI tillegg kan den eksterne hulromsoptiske tilbakekoblingsteknologien, som bruker eksterne optiske elementer til å tilbakekoble det utgående lyset fra halvlederlaserbrikken og velge frekvensen, også realisere den smale linjebreddeoperasjonen til halvlederlaseren.
(2) Fiberlasere
Fiberlasere har høy pumpekonverteringseffektivitet, god strålekvalitet og høy koblingseffektivitet, som er hete forskningstemaer innen laserfeltet. I sammenheng med informasjonsalderen har fiberlasere god kompatibilitet med dagens optiske fiberkommunikasjonssystemer på markedet. Enfrekvensfiberlaseren med fordelene med smal linjebredde, lav støy og god koherens har blitt en av de viktigste retningene i utviklingen.
Enkelt langsgående modusoperasjon er kjernen i fiberlasere for å oppnå smal linjebreddeutgang, og vanligvis kan enkeltfrekvensfiberlasere deles inn i DFB-type, DBR-type og ringtype i henhold til resonatorstrukturen. Blant disse er arbeidsprinsippet til DFB-lasere og DBR enkeltfrekvensfiberlasere likt DFB- og DBR-halvlederlasere.
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.
Publisert: 03.06.2025