Vandag stel ons 'n "monochromatiese" laser tot die uiterste bekend – 'n smal lynwydte laser. Die opkoms daarvan vul die gapings in baie toepassingsvelde van lasers, en is in onlangse jare wyd gebruik in gravitasiegolfdeteksie, liDAR, verspreide waarneming, hoëspoed koherente optiese kommunikasie en ander velde, wat 'n "missie" is wat nie net voltooi kan word deur laserkrag te verbeter nie.
Wat is 'n smal lynwydte laser?
Die term "lynwydte" verwys na die spektrale lynwydte van die laser in die frekwensiedomein, wat gewoonlik gekwantifiseer word in terme van die halfpiek volle breedte van die spektrum (FWHM). Die lynwydte word hoofsaaklik beïnvloed deur die spontane straling van opgewekte atome of ione, fasegeraas, meganiese vibrasie van die resonator, temperatuurjitter en ander eksterne faktore. Hoe kleiner die waarde van die lynwydte, hoe hoër die suiwerheid van die spektrum, dit wil sê, hoe beter die monochromatiesiteit van die laser. Lasers met sulke eienskappe het gewoonlik baie min fase- of frekwensiegeraas en baie min relatiewe intensiteitgeraas. Terselfdertyd, hoe kleiner die lineêre breedtewaarde van die laser, hoe sterker die ooreenstemmende koherensie, wat manifesteer as 'n uiters lang koherensielengte.
Realisering en toepassing van smal lynwydte laser
Beperk deur die inherente winslynwydte van die werkende stof van die laser, is dit byna onmoontlik om die uitset van die smal lynwydte laser direk te realiseer deur op die tradisionele ossillator self staat te maak. Om die werking van die smal lynwydte laser te realiseer, is dit gewoonlik nodig om filters, roosters en ander toestelle te gebruik om die longitudinale modulus in die winsspektrum te beperk of te selekteer, die netto winsverskil tussen die longitudinale modusse te verhoog, sodat daar 'n paar of selfs slegs een longitudinale modus ossillasie in die laserresonator is. In hierdie proses is dit dikwels nodig om die invloed van geraas op die laseruitset te beheer, en die verbreding van spektrale lyne wat veroorsaak word deur die vibrasie en temperatuurveranderinge van die eksterne omgewing te verminder; Terselfdertyd kan dit ook gekombineer word met die analise van fase- of frekwensiegeraasspektrale digtheid om die bron van geraas te verstaan en die ontwerp van die laser te optimaliseer, om sodoende stabiele uitset van die smal lynwydte laser te verkry.
Kom ons kyk na die realisering van nou lynwydte-werking van verskeie verskillende kategorieë lasers.
Halfgeleierlasers het die voordele van kompakte grootte, hoë doeltreffendheid, lang lewensduur en ekonomiese voordele.
Die Fabry-Perot (FP) optiese resonator wat in tradisionele gebruike gebruik wordhalfgeleierlasersossilleer gewoonlik in multi-longitudinale modus, en die uitvoerlynwydte is relatief wyd, daarom is dit nodig om die optiese terugvoer te verhoog om die uitvoer van nou lynwydte te verkry.
Verspreide terugvoer (DFB) en Verspreide Bragg-refleksie (DBR) is twee tipiese interne optiese terugvoer-halfgeleierlasers. As gevolg van die klein roosterhoogte en goeie golflengte-selektiwiteit, is dit maklik om stabiele enkelfrekwensie-smal lynwydte-uitset te bereik. Die hoofverskil tussen die twee strukture is die posisie van die rooster: die DFB-struktuur versprei gewoonlik die periodieke struktuur van die Bragg-rooster deur die resonator, en die resonator van die DBR bestaan gewoonlik uit die refleksieroosterstruktuur en die versterkingsgebied wat in die eindoppervlak geïntegreer is. Daarbenewens gebruik DFB-lasers ingebedde roosters met lae brekingsindekskontras en lae reflektiwiteit. DBR-lasers gebruik oppervlakroosters met hoë brekingsindekskontras en hoë reflektiwiteit. Beide strukture het 'n groot vrye spektrale bereik en kan golflengte-afstemming sonder modussprong in die bereik van 'n paar nanometer uitvoer, waar die DBR-laser 'n wyer afstemmingsbereik het as die ...DFB-laserDaarbenewens kan die eksterne holte optiese terugvoertegnologie, wat eksterne optiese elemente gebruik om die uitgaande lig van die halfgeleierlaserskyfie terug te gee en die frekwensie te kies, ook die smal lynwydte-werking van die halfgeleierlaser verwesenlik.
(2) Vesellasers
Veselasers het hoë pompomskakelingsdoeltreffendheid, goeie straalkwaliteit en hoë koppeldoeltreffendheid, wat die gewilde navorsingsonderwerpe in die laserveld is. In die konteks van die inligtingsera het vesellasers goeie versoenbaarheid met huidige optiese veselkommunikasiestelsels in die mark. Die enkelfrekwensie-vesellaser met die voordele van nou lynwydte, lae geraas en goeie koherensie het een van die belangrike rigtings van sy ontwikkeling geword.
Enkele longitudinale moduswerking is die kern van vesellaser om smal lynwydte-uitset te bereik, gewoonlik volgens die struktuur van die resonator van die enkelfrekwensie-vesellaser kan dit verdeel word in DFB-tipe, DBR-tipe en ringtipe. Onder hulle is die werkbeginsel van DFB- en DBR-enkelfrekwensie-vesellasers soortgelyk aan dié van DFB- en DBR-halfgeleierlasers.
Soos getoon in Figuur 1, skryf 'n DFB-vesellaser verspreide Bragg-rooster in die vesel. Omdat die werkgolflengte van die ossillator deur die veselperiode beïnvloed word, kan die longitudinale modus gekies word deur die verspreide terugvoer van die rooster. Die laserresonator van die DBR-laser word gewoonlik gevorm deur 'n paar vesel-Bragg-roosters, en die enkele longitudinale modus word hoofsaaklik gekies deur smalband- en lae-reflektiwiteit-vesel-Bragg-roosters. As gevolg van die lang resonator, komplekse struktuur en gebrek aan 'n effektiewe frekwensie-onderskeidingsmeganisme, is die ringvormige holte egter geneig tot modussprong, en dit is moeilik om vir 'n lang tyd stabiel in konstante longitudinale modus te werk.
Figuur 1, Twee tipiese lineêre strukture van enkelfrekwensievesellasers
Plasingstyd: 27 Nov 2023