Σήμερα, θα εισαγάγουμε ένα "μονοχρωματικό" λέιζερ στο ακραίο - στενό λέιζερ γραμμής. Η εμφάνισή του γεμίζει τα κενά σε πολλά πεδία εφαρμογών λέιζερ και τα τελευταία χρόνια χρησιμοποιήθηκε ευρέως στην ανίχνευση κύματος βαρύτητας, LIDAR, κατανεμημένη ανίχνευση, υψηλής ταχύτητας συνεκτικής οπτικής επικοινωνίας και άλλων πεδίων, που είναι μια "αποστολή" που δεν μπορεί να ολοκληρωθεί μόνο με τη βελτίωση της ισχύος λέιζερ.
Τι είναι ένα στενό λέιζερ γραμμής;
Ο όρος "πλάτος γραμμής" αναφέρεται στο πλάτος της φασματικής γραμμής του λέιζερ στον τομέα συχνοτήτων, το οποίο συνήθως ποσοτικοποιείται από την άποψη του πλήρους πλάτους του φάσματος (FWHM). Το εύρος γραμμής επηρεάζεται κυρίως από την αυθόρμητη ακτινοβολία των διεγερμένων ατόμων ή ιόντων, θορύβου φάσης, μηχανικής δόνησης του συντονιστή, jitter θερμοκρασίας και άλλων εξωτερικών παραγόντων. Όσο μικρότερη είναι η τιμή του πλάτους της γραμμής, τόσο υψηλότερη είναι η καθαρότητα του φάσματος, δηλαδή, τόσο καλύτερη είναι η μονοχρωματικότητα του λέιζερ. Τα λέιζερ με τέτοια χαρακτηριστικά συνήθως έχουν πολύ μικρό θόρυβο φάσης ή συχνότητας και πολύ μικρό θόρυβο σχετικής έντασης. Ταυτόχρονα, όσο μικρότερη είναι η τιμή γραμμικού πλάτους του λέιζερ, τόσο ισχυρότερη είναι η αντίστοιχη συνοχή, η οποία εκδηλώνεται ως ένα εξαιρετικά μακρύ μήκος συνοχής.
Πραγματοποίηση και εφαρμογή στενού λέιζερ γραμμής
Περιορισμένη από το έμφυτο γραμμικό εύρος κέρδους της ουσίας εργασίας του λέιζερ, είναι σχεδόν αδύνατο να συνειδητοποιήσουμε άμεσα την έξοδο του στενού λέιζερ γραμμής, βασιζόμενοι στον παραδοσιακό ταλαντωτή. Προκειμένου να πραγματοποιηθεί η λειτουργία του στενού λέιζερ γραμμής, είναι συνήθως απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν φίλτρα, πλέγμα και άλλες συσκευές για τον περιορισμό ή την επιλογή του διαμήκους συντελεστή στο φάσμα κέρδους, αυξήστε τη διαφορά καθαρής κέρδους μεταξύ των διαμήκων τρόπων, έτσι ώστε να υπάρχουν μερικές ή ακόμα και μόνο μία διαμήκη ταλάντωση στον συντονισμό λέιζερ. Σε αυτή τη διαδικασία, είναι συχνά απαραίτητο να ελέγχει την επίδραση του θορύβου στην έξοδο λέιζερ και να ελαχιστοποιηθεί η διεύρυνση των φασματικών γραμμών που προκαλούνται από τις μεταβολές των κραδασμών και της θερμοκρασίας του εξωτερικού περιβάλλοντος. Ταυτόχρονα, μπορεί επίσης να συνδυαστεί με την ανάλυση της φασματικής πυκνότητας θορύβου φάσης ή συχνότητας για να κατανοήσει την πηγή θορύβου και να βελτιστοποιήσει το σχεδιασμό του λέιζερ, έτσι ώστε να επιτευχθεί σταθερή έξοδος του στενού λέιζερ γραμμής.
Ας ρίξουμε μια ματιά στην πραγματοποίηση της λειτουργίας στενής γραμμής σε αρκετές διαφορετικές κατηγορίες λέιζερ.
Τα λέιζερ ημιαγωγών έχουν τα πλεονεκτήματα του συμπαγούς μεγέθους, της υψηλής απόδοσης, της μεγάλης διάρκειας ζωής και των οικονομικών οφελών.
Ο οπτικός συντονιστής Fabry-Perot (FP) που χρησιμοποιείται στο παραδοσιακόΤα λέιζερ ημιαγωγώνΓενικά ταλαντεύεται σε πολύ μακροχρόνια λειτουργία και το πλάτος της γραμμής εξόδου είναι σχετικά ευρύ, επομένως είναι απαραίτητο να αυξηθεί η οπτική ανατροφοδότηση για να ληφθεί η έξοδος του πλάτους στενής γραμμής.
Η κατανεμημένη ανατροφοδότηση (DFB) και η κατανεμημένη αντανάκλαση Bragg (DBR) είναι δύο τυπικά λέιζερ ημιαγωγών εσωτερικών οπτικών ανατροφοδότησης. Λόγω του μικρού βήματος πλέγματος και της καλής επιλεκτικότητας μήκους κύματος, είναι εύκολο να επιτευχθεί σταθερή έξοδος στενής γραμμής μονής συχνότητας. Η κύρια διαφορά μεταξύ των δύο δομών είναι η θέση του πλέγματος: η δομή DFB συνήθως διανέμει την περιοδική δομή του πλέγματος Bragg καθ 'όλη τη διάρκεια του συντονιστή και ο συντονιστής του DBR αποτελείται συνήθως από τη δομή πλέγματος ανάκλασης και την περιοχή κέρδους που ενσωματώνεται στην τελική επιφάνεια. Επιπλέον, τα λέιζερ DFB χρησιμοποιούν ενσωματωμένα σχάρες με χαμηλή αντίθεση δείκτη διάθλασης και χαμηλή ανακλαστικότητα. Τα λέιζερ DBR χρησιμοποιούν επιφανειακά σχάρες με υψηλή αντίθεση δείκτη διάθλασης και υψηλή ανακλαστικότητα. Και οι δύο δομές έχουν ένα μεγάλο ελεύθερο φασματικό εύρος και μπορούν να εκτελέσουν συντονισμό μήκους κύματος χωρίς άλμα λειτουργίας στην περιοχή μερικών νανομέτρων, όπου το λέιζερ DBR έχει ευρύτερο εύρος συντονισμού από τοΛέιζερ DFB. Επιπλέον, η τεχνολογία οπτικής ανάδρασης εξωτερικής κοιλότητας, η οποία χρησιμοποιεί εξωτερικά οπτικά στοιχεία για την ανάδραση του εξερχόμενου φωτός του τσιπ λέιζερ ημιαγωγών και θα επιλέξει τη συχνότητα, μπορεί επίσης να συνειδητοποιήσει τη στενή λειτουργία του γραμμικού εύρους του λέιζερ ημιαγωγού.
(2) λέιζερ ινών
Τα λέιζερ ινών έχουν υψηλή απόδοση μετατροπής αντλίας, καλή ποιότητα δέσμης και υψηλή απόδοση σύζευξης, τα οποία είναι τα καυτά ερευνητικά θέματα στο πεδίο λέιζερ. Στο πλαίσιο της εποχής της πληροφόρησης, τα λέιζερ ινών έχουν καλή συμβατότητα με τα τρέχοντα συστήματα επικοινωνίας οπτικών ινών στην αγορά. Το λέιζερ ινών μονής συχνότητας με τα πλεονεκτήματα του πλάτους στενής γραμμής, του χαμηλού θορύβου και της καλής συνοχής έχει γίνει μια από τις σημαντικές κατευθύνσεις της ανάπτυξής του.
Η λειτουργία μονής διαμήκης λειτουργίας είναι ο πυρήνας του λέιζερ ινών για την επίτευξη στενής απόδοσης πλάτους γραμμής, συνήθως ανάλογα με τη δομή του συντονιστή του λέιζερ μονής συχνότητας μπορεί να χωριστεί σε τύπο DFB, τύπο DBR και τύπο δακτυλίου. Μεταξύ αυτών, η αρχή λειτουργίας των λέιζερ ινών DFB και DBR είναι παρόμοια με αυτά των λέιζερ ημιαγωγών DFB και DBR.
Όπως φαίνεται στο σχήμα 1, το λέιζερ ινών DFB πρόκειται να γράψει κατανεμημένο πλέγμα Bragg στην ίνα. Επειδή το μήκος κύματος εργασίας του ταλαντωτή επηρεάζεται από την περίοδο των ινών, ο διαμήκης τρόπος μπορεί να επιλεγεί μέσω της κατανεμημένης ανατροφοδότησης του πλέγματος. Ο συντονιστής λέιζερ του λέιζερ DBR σχηματίζεται συνήθως από ένα ζευγάρι σχισμών ινών Bragg και ο μοναδικός διαμήκης λειτουργίας επιλέγεται κυρίως από στενή ζώνη και σχάρες χαμηλής ανακλαστικότητας ινών Bragg. Ωστόσο, λόγω του μακρού αντηχέα, της πολύπλοκης δομής και της έλλειψης αποτελεσματικού μηχανισμού διάκρισης συχνότητας, η κοιλότητα σε σχήμα δακτυλίου είναι επιρρεπής σε τρόφιμα και είναι δύσκολο να εργαστεί σταθερά σε σταθερή διαμήκη κατάσταση για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Εικόνα 1, δύο τυπικές γραμμικές δομές μεμονωμένης συχνότηταςλέιζερ ινών
Χρόνος δημοσίευσης: Νοέμβριος-27-2023