Τεχνολογία λέιζερ στενού πλάτους γραμμής Μέρος δεύτερο

Τεχνολογία λέιζερ στενού πλάτους γραμμής Μέρος δεύτερο

(3)Λέιζερ στερεάς κατάστασης

Το 1960, το πρώτο ρουμπινί λέιζερ στον κόσμο ήταν ένα λέιζερ στερεάς κατάστασης, που χαρακτηριζόταν από υψηλή ενέργεια εξόδου και ευρύτερη κάλυψη μήκους κύματος. Η μοναδική χωρική δομή του λέιζερ στερεάς κατάστασης το καθιστά πιο ευέλικτο στο σχεδιασμό εξόδου στενού εύρους γραμμής. Επί του παρόντος, οι κύριες μέθοδοι που εφαρμόζονται περιλαμβάνουν τη μέθοδο βραχείας κοιλότητας, τη μέθοδο μονόδρομης κοιλότητας δακτυλίου, την τυπική μέθοδο ενδοκοιλότητας, τη μέθοδο κοιλότητας με τρόπο εκκρεμούς στρέψης, τη μέθοδο πλέγματος Bragg όγκου και τη μέθοδο έγχυσης σπόρων.

Το Σχήμα 7 δείχνει τη δομή πολλών τυπικών λέιζερ στερεάς κατάστασης μονής διαμήκους λειτουργίας.

Το σχήμα 7(α) δείχνει την αρχή λειτουργίας της επιλογής μονής διαμήκους λειτουργίας με βάση το πρότυπο FP εντός κοιλότητας, δηλαδή, το φάσμα μετάδοσης στενού εύρους γραμμής του προτύπου χρησιμοποιείται για την αύξηση της απώλειας άλλων διαμήκων τρόπων λειτουργίας, έτσι ώστε άλλοι διαμήκεις τρόποι λειτουργίας φιλτράρονται στη διαδικασία ανταγωνισμού τρόπου λειτουργίας λόγω της μικρής μετάδοσής τους, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται λειτουργία ενιαίου διαμήκους τρόπου λειτουργίας. Επιπλέον, ένα ορισμένο εύρος εξόδου συντονισμού μήκους κύματος μπορεί να ληφθεί ελέγχοντας τη γωνία και τη θερμοκρασία του προτύπου FP και αλλάζοντας το διάστημα διαμήκους λειτουργίας. ΣΥΚΟ. Τα 7(β) και (γ) δείχνουν τον ταλαντωτή μη επίπεδου δακτυλίου (NPRO) και τη μέθοδο κοιλότητας τρόπου λειτουργίας στρεπτικού εκκρεμούς που χρησιμοποιείται για τη λήψη μιας εξόδου ενιαίου διαμήκους τρόπου λειτουργίας. Η αρχή λειτουργίας είναι να κάνουμε τη δέσμη να διαδίδεται σε μία μόνο κατεύθυνση στον συντονιστή, να εξαλείφουμε αποτελεσματικά την ανομοιόμορφη χωρική κατανομή του αριθμού των αντίστροφων σωματιδίων στη συνηθισμένη κοιλότητα στάσιμων κυμάτων και έτσι να αποφεύγουμε την επίδραση του φαινομένου καύσης της χωρικής οπής για να επιτευχθεί έξοδος μονής διαμήκους λειτουργίας. Η αρχή της μαζικής επιλογής λειτουργίας πλέγματος Bragg (VBG) είναι παρόμοια με αυτή των λέιζερ στενού πλάτους γραμμής ημιαγωγών και ινών που αναφέρθηκαν προηγουμένως, δηλαδή χρησιμοποιώντας το VBG ως στοιχείο φίλτρου, με βάση την καλή του φασματική επιλεκτικότητα και την επιλεκτικότητα γωνίας, τον ταλαντωτή ταλαντώνεται σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος ή ζώνη για να επιτύχει το ρόλο της επιλογής διαμήκους τρόπου λειτουργίας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 7(δ).
Ταυτόχρονα, πολλές μέθοδοι επιλογής διαμήκους τρόπου λειτουργίας μπορούν να συνδυαστούν ανάλογα με τις ανάγκες για τη βελτίωση της ακρίβειας επιλογής διαμήκους τρόπου λειτουργίας, τον περαιτέρω περιορισμό του πλάτους γραμμής ή την αύξηση της έντασης του ανταγωνισμού τρόπου λειτουργίας εισάγοντας μη γραμμικό μετασχηματισμό συχνότητας και άλλα μέσα και για επέκταση του μήκους κύματος εξόδου του το λέιζερ ενώ λειτουργεί σε στενό πλάτος γραμμής, κάτι που είναι δύσκολο να γίνειλέιζερ ημιαγωγώνκαιλέιζερ ινών.

(4) Λέιζερ Brillouin

Το λέιζερ Brillouin βασίζεται στο διεγερμένο εφέ σκέδασης Brillouin (SBS) για την απόκτηση τεχνολογίας εξόδου χαμηλού θορύβου, στενού εύρους γραμμής, η αρχή του είναι μέσω του φωτονίου και της αλληλεπίδρασης εσωτερικού ακουστικού πεδίου να παράγει μια ορισμένη μετατόπιση συχνότητας των φωτονίων Stokes και ενισχύεται συνεχώς εντός του αποκτήσουν εύρος ζώνης.

Το σχήμα 8 δείχνει το διάγραμμα στάθμης της μετατροπής SBS και τη βασική δομή του λέιζερ Brillouin.

Λόγω της χαμηλής συχνότητας δόνησης του ακουστικού πεδίου, η μετατόπιση συχνότητας Brillouin του υλικού είναι συνήθως μόνο 0,1-2 cm-1, επομένως με λέιζερ 1064 nm ως φως αντλίας, το μήκος κύματος Stokes που δημιουργείται είναι συχνά μόνο περίπου 1064,01 nm, αλλά Αυτό σημαίνει επίσης ότι η απόδοση κβαντικής μετατροπής του είναι εξαιρετικά υψηλή (έως και 99,99% θεωρητικά). Επιπλέον, επειδή το πλάτος γραμμής απολαβής Brillouin του μέσου είναι συνήθως μόνο της τάξης των MHZ-ghz (το πλάτος γραμμής απολαβής Brillouin ορισμένων στερεών μέσων είναι μόνο περίπου 10 MHz), είναι πολύ μικρότερο από το πλάτος γραμμής απολαβής της ουσίας εργασίας λέιζερ της τάξης των 100 GHz, έτσι, το Stokes που διεγείρεται στο λέιζερ Brillouin μπορεί να δείξει προφανές φαινόμενο στένωσης του φάσματος μετά από πολλαπλή ενίσχυση στην κοιλότητα και το πλάτος της γραμμής εξόδου του είναι αρκετές τάξεις μεγέθους στενότερο από το πλάτος της γραμμής αντλίας. Προς το παρόν, το λέιζερ Brillouin έχει γίνει ένα ερευνητικό hotspot στον τομέα της φωτονικής και έχουν υπάρξει πολλές αναφορές σχετικά με τη σειρά Hz και sub-Hz της εξαιρετικά στενής εξόδου εύρους γραμμής.

Τα τελευταία χρόνια, συσκευές Brillouin με δομή κυματοδηγού έχουν εμφανιστεί στο χώρο τουφωτονική μικροκυμάτων, και αναπτύσσονται ραγδαία προς την κατεύθυνση της σμίκρυνσης, της υψηλής ολοκλήρωσης και της υψηλότερης ανάλυσης. Επιπλέον, το διαστημικό λέιζερ Brillouin που βασίζεται σε νέα κρυσταλλικά υλικά όπως το διαμάντι έχει επίσης εισέλθει στο όραμα των ανθρώπων τα τελευταία δύο χρόνια, η καινοτόμος ανακάλυψη του στη δύναμη της δομής του κυματοδηγού και του καταρράκτη συμφόρησης SBS, η δύναμη του λέιζερ Brillouin σε μέγεθος 10 W, θέτοντας τα θεμέλια για την επέκταση της εφαρμογής του.
Γενική διασταύρωση
Με τη συνεχή εξερεύνηση της αιχμής γνώσης, τα λέιζερ στενού εύρους γραμμής έχουν γίνει απαραίτητο εργαλείο στην επιστημονική έρευνα με την εξαιρετική τους απόδοση, όπως το συμβολόμετρο λέιζερ LIGO για ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων, το οποίο χρησιμοποιεί στενό πλάτος γραμμής μίας συχνότηταςλέιζερμε μήκος κύματος 1064 nm ως πηγή σποράς και το πλάτος γραμμής του φωτός σποράς είναι εντός 5 kHz. Επιπλέον, τα λέιζερ στενού πλάτους με δυνατότητα συντονισμού μήκους κύματος και άλμα χωρίς λειτουργία δείχνουν επίσης μεγάλες δυνατότητες εφαρμογής, ειδικά σε συνεκτικές επικοινωνίες, οι οποίες μπορούν να ανταποκριθούν απόλυτα στις ανάγκες της πολυπλεξίας διαίρεσης μήκους κύματος (WDM) ή της πολυπλεξίας διαίρεσης συχνότητας (FDM) για μήκος κύματος (ή συχνότητα). ) δυνατότητα συντονισμού και αναμένεται να γίνει η βασική συσκευή της επόμενης γενιάς τεχνολογίας κινητών επικοινωνιών.
Στο μέλλον, η καινοτομία των υλικών και της τεχνολογίας επεξεργασίας λέιζερ θα προωθήσει περαιτέρω τη συμπίεση του εύρους γραμμής λέιζερ, τη βελτίωση της σταθερότητας συχνοτήτων, την επέκταση του εύρους μήκους κύματος και τη βελτίωση της ισχύος, ανοίγοντας το δρόμο για την ανθρώπινη εξερεύνηση του άγνωστου κόσμου.