Idag kommer vi att introducera en "monokromatisk" laser till den extrema - smala linjelaseren. Dess uppkomst fyller luckorna i många applikationsfält av laser, och under de senaste åren har använts i stor utsträckning vid gravitationsvågdetektering, Lidar, distribuerad avkänning, höghastighets sammanhängande optisk kommunikation och andra fält, som är ett "uppdrag" som inte bara kan slutföras genom att förbättra laserkraften.
Vad är en smal linjebreddslaser?
Termen "linjebredd" hänvisar till laserens spektrala linjebredd i frekvensdomänen, som vanligtvis kvantifieras i termer av spektrumets halvtopp fulla bredd (FWHM). Linjebredden påverkas huvudsakligen av den spontana strålningen av upphetsade atomer eller joner, fasbrus, mekanisk vibration av resonatorn, temperaturjitter och andra yttre faktorer. Ju mindre värdet på linjebredden, desto högre är spektrumets renhet, det vill säga desto bättre är monokromatiken hos lasern. Lasrar med sådana egenskaper har vanligtvis mycket lite fas- eller frekvensbrus och mycket lite relativt intensitetsbuller. Samtidigt, ju mindre det linjära breddvärdet för lasern, desto starkare är motsvarande koherens, som manifesteras som en extremt lång sammanhållningslängd.
Förverkligande och tillämpning av smal linjebreddslaser
Begränsad av den inneboende förstärkningslinjen i laserens arbetande substans är det nästan omöjligt att direkt inse utgången från den smala linjelaseren genom att förlita sig på den traditionella oscillatorn själv. För att realisera driften av smal linjebreddslaser är det vanligtvis nödvändigt att använda filter, galler och andra enheter för att begränsa eller välja den längsgående modulen i förstärkningsspektrumet, öka nettoförstärkningsskillnaden mellan longitudinella lägen, så att det finns några eller till och med bara en longitudinell lägescillation i laserresonatorn. I denna process är det ofta nödvändigt att kontrollera påverkan av brus på laserutgången och minimera breddningen av spektrala linjer orsakade av vibrationer och temperaturförändringar i den yttre miljön; Samtidigt kan det också kombineras med analysen av fas- eller frekvensbrusspektraltäthet för att förstå källan till brus och optimera utformningen av lasern, för att uppnå stabil utgång från den smala linjebreddslasern.
Låt oss ta en titt på förverkligandet av smal linjebredd i flera olika kategorier av lasrar.
Halvledarlasrar har fördelarna med kompakt storlek, hög effektivitet, långa livslängd och ekonomiska fördelar.
Fabry-Perot (FP) optisk resonator som används i traditionellahalvledarlasrarGenerellt sett oscillerar i multi-longitudinellt läge, och utgångslinjens bredd är relativt bred, så det är nödvändigt att öka den optiska feedbacken för att få utgången från smal linjebredd.
Distribuerad feedback (DFB) och distribuerad Bragg -reflektion (DBR) är två typiska interna optiska återkopplingssemikledare. På grund av den lilla gallerhöjden och god våglängdsselektivitet är det lätt att uppnå stabil enkelfrekvens smal linjebredd. Den huvudsakliga skillnaden mellan de två strukturerna är gitterets position: DFB -strukturen distribuerar vanligtvis den periodiska strukturen för Bragg -gallret i hela resonatorn, och resonatorn för DBR består vanligtvis av reflektionsgitterstrukturen och förstärkningsregionen integrerad i slutytan. Dessutom använder DFB -lasrar inbäddade galler med låg brytningsindexkontrast och låg reflektivitet. DBR -lasrar använder ytgaller med hög brytningsindexkontrast och hög reflektivitet. Båda strukturerna har ett stort fritt spektralt intervall och kan utföra våglängdsinställning utan läge hoppa i intervallet för några nanometrar, där DBR -lasern har ett bredare avstämningsområde änDFB -laser. Dessutom kan den yttre kavitetsoptiska återkopplingstekniken, som använder externa optiska element för att återkoppla det utgående ljuset från halvledarlaserchipet och välja frekvensen, också inse den smala linjebreddoperationen för halvledarlaseren.
(2) fiberlasrar
Fiberlasrar har hög pumpomvandlingseffektivitet, god strålkvalitet och hög kopplingseffektivitet, som är de heta forskningsämnen inom laserfältet. I samband med informationsåldern har fiberlasrar god kompatibilitet med nuvarande kommunikationssystem för optisk fiber på marknaden. Enkelfrekvensfiberlaseren med fördelarna med smal linjebredd, lågt brus och god sammanhållning har blivit en av de viktiga riktningarna för dess utveckling.
Enkel longitudinell läge är kärnan i fiberlaser för att uppnå smal linjebreddutgång, vanligtvis enligt strukturen för resonatorn för enstaka frekvensfiberlaser kan delas upp i DFB-typ, DBR-typ och ringtyp. Bland dem är arbetsprincipen för DFB och DBR-enfrekvensfiberlasrar lik den för DFB och DBR-halvledarlasrar.
Såsom visas i figur 1 är DFB -fiberlaser att skriva distribuerat Bragg -gitter i fibern. Eftersom oscillatorns arbetsvåglängd påverkas av fiberperioden kan det längsgående läget väljas genom den distribuerade återkopplingen av gitteret. Laserresonatorn för DBR -laser bildas vanligtvis av ett par fiber Bragg -galler, och det enskilda longitudinella läget väljs huvudsakligen av smalt band och låg reflektivitetsfiber Bragg -galler. På grund av dess långa resonator, komplexa struktur och brist på effektiv frekvensdiskrimineringsmekanism är ringformad kavitet emellertid benägen att hoppa, och det är svårt att arbeta stabilt i konstant longitudinalt läge under lång tid.
Figur 1, två typiska linjära strukturer med enstaka frekvensfiberlasrar
Posttid: november-27-2023