Smal linjebreddslaserteknik del två

Smal linjebreddslaserteknik del två

(3)Fastfaslaser

År 1960 kom världens första rubinlaser, en fastfaslaser, som kännetecknades av hög utgångsenergi och bredare våglängdstäckning. Den unika rumsliga strukturen hos fastfaslasrar gör den mer flexibel vid design av smal linjebredd. För närvarande inkluderar de viktigaste metoderna kort kavitetsmetod, envägs ringkavitetsmetod, intrakavitetsstandardmetod, torsionspendelmodskavitetsmetod, volym-Bragg-gittermetod och fröinjektionsmetod.

Figur 7 visar strukturen hos flera typiska fasta tillståndslasrar med enkel longitudinellt läge.

Figur 7(a) visar funktionsprincipen för val av ett enda longitudinellt mod baserat på FP-standarden i kaviteten, det vill säga att standardens smala linjebreddstransmissionsspektrum används för att öka förlusten av andra longitudinella moder, så att andra longitudinella moder filtreras bort i modkonkurrensprocessen på grund av deras låga transmittans, för att uppnå drift med ett enda longitudinellt mod. Dessutom kan ett visst område av våglängdsjusteringsutgång erhållas genom att kontrollera FP-standardens vinkel och temperatur och ändra det longitudinella modintervallet. FIG. 7(b) och (c) visar den icke-planära ringoscillatorn (NPRO) och den torsionella pendelmodskavitetsmetoden som används för att erhålla en enda longitudinell modutgång. Funktionsprincipen är att få strålen att fortplanta sig i en enda riktning i resonatorn, effektivt eliminera den ojämna rumsliga fördelningen av antalet omvända partiklar i den vanliga stående vågkaviteten, och därmed undvika påverkan av den rumsliga hålförbränningseffekten för att uppnå en enda longitudinell modutgång. Principen för lägesval med bulk-Bragg-gitter (VBG) liknar den för halvledar- och fiberlasrar med smal linjebredd som nämnts tidigare, det vill säga att genom att använda VBG som filterelement, baserat på dess goda spektralselektivitet och vinkelselektivitet, oscillerar oscillatorn vid en specifik våglängd eller band för att uppnå rollen av longitudinellt lägesval, såsom visas i figur 7(d).
Samtidigt kan flera longitudinella lägesvalsmetoder kombineras efter behov för att förbättra noggrannheten i longitudinellt lägesval, ytterligare begränsa linjebredden eller öka lägeskonkurrensintensiteten genom att introducera ickelinjär frekvenstransformation och andra metoder, och utöka laserns utgångsvåglängd samtidigt som den arbetar i en smal linjebredd, vilket är svårt att göra förhalvledarlaserochfiberlasrar.

(4) Brillouinlaser

Brillouinlasern är baserad på stimulerad Brillouinspridning (SBS) för att erhålla utgångsteknik med lågt brus och smal linjebredd. Principen är att genom fotonens interaktion med det interna akustiska fältet produceras en viss frekvensförskjutning av Stokes-fotoner, vilket kontinuerligt förstärks inom förstärkningsbandbredden.

Figur 8 visar nivådiagrammet för SBS-omvandling och Brillouinlaserns grundläggande struktur.

På grund av den låga vibrationsfrekvensen i det akustiska fältet är materialets Brillouinfrekvensförskjutning vanligtvis bara 0,1-2 cm-1, så med 1064 nm laser som pumpljus är den genererade Stokes-våglängden ofta bara cirka 1064,01 nm, men detta innebär också att dess kvantomvandlingseffektivitet är extremt hög (upp till 99,99 % i teorin). Dessutom, eftersom Brillouin-förstärkningslinjebredden för mediet vanligtvis bara är i storleksordningen MHZ-ghz (Brillouin-förstärkningslinjebredden för vissa fasta medier är bara cirka 10 MHz), är den betydligt mindre än förstärkningslinjebredden för laserarbetssubstansen i storleksordningen 100 GHz, så Stokes-excitationen i Brillouinlasern kan uppvisa tydliga spektrumförträngningsfenomen efter multipel förstärkning i kaviteten, och dess utgångslinjebredd är flera storleksordningar smalare än pumplinjebredden. För närvarande har Brillouinlaser blivit en forskningshotspot inom fotonikområdet, och det har funnits många rapporter om Hz- och subHz-ordningen för extremt smal linjebreddutgång.

Under senare år har Brillouin-komponenter med vågledarstruktur dykt upp inom områdetmikrovågsfotonik, och utvecklas snabbt i riktning mot miniatyrisering, hög integration och högre upplösning. Dessutom har den rymdfärdiga Brillouin-lasern baserad på nya kristallmaterial som diamant också blivit känd för människor under de senaste två åren, dess innovativa genombrott i vågledarstrukturens kraft och kaskad-SBS-flaskhalsen, Brillouin-laserns kraft till 10 W, lagt grunden för att utöka dess tillämpning.
Allmän korsning
Med kontinuerlig utforskning av spetskunskap har smala linjebreddslasrar blivit ett oumbärligt verktyg inom vetenskaplig forskning med sina utmärkta prestanda, såsom laserinterferometern LIGO för gravitationsvågsdetektering, som använder en smal linjebreddslaser med en enda frekvens.lasermed en våglängd på 1064 nm som frökälla, och fröljusets linjebredde är inom 5 kHz. Dessutom uppvisar smalbredda lasrar med våglängdsavstämbarhet och inget modhopp stor tillämpningspotential, särskilt inom koherent kommunikation, vilket perfekt kan uppfylla behoven hos våglängdsmultiplexering (WDM) eller frekvensmultiplexering (FDM) för våglängds- (eller frekvens-) avstämbarhet, och förväntas bli kärnkomponenten i nästa generations mobilkommunikationsteknik.
I framtiden kommer innovationen av lasermaterial och bearbetningsteknik ytterligare att främja komprimering av laserlinjebredden, förbättring av frekvensstabilitet, utökning av våglängdsområdet och förbättring av effekten, vilket banar väg för mänsklig utforskning av den okända världen.