Τεχνολογία Λέιζερ Στενού Πλάτους Γραμμής Μέρος Δεύτερο

Τεχνολογία Λέιζερ Στενού Πλάτους Γραμμής Μέρος Δεύτερο

(3)Λέιζερ στερεάς κατάστασης

Το 1960, το πρώτο λέιζερ ρουμπινιού 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 στενού πλάτους γραμμής εξόδου. Προς το παρόν, οι κύριες μέθοδοι που εφαρμόζονται περιλαμβάνουν τη μέθοδο βραχείας κοιλότητας, τη μέθοδο μονόδρομης κοιλότητας δακτυλίου, την ενδοκοιλιακή πρότυπη μέθοδο, τη μέθοδο κοιλότητας εκκρεμούς στρέψης, τη μέθοδο πλέγματος Bragg όγκου και τη μέθοδο έγχυσης σπόρων.

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

Το Σχήμα 7(α) δείχνει την αρχή λειτουργίας της επιλογής μονού διαμήκους τρόπου λειτουργίας με βάση το πρότυπο FP εντός κοιλότητας, δηλαδή, το στενό φάσμα μετάδοσης πλάτους γραμμής του προτύπου χρησιμοποιείται για την αύξηση της απώλειας άλλων διαμήκων τρόπων λειτουργίας, έτσι ώστε άλλοι διαμήκεις τρόποι λειτουργίας να φιλτράρονται στη διαδικασία ανταγωνισμού τρόπου λειτουργίας λόγω της μικρής διαπερατότητάς τους, έτσι ώστε να επιτευχθεί λειτουργία μονού διαμήκους τρόπου λειτουργίας. Επιπλέον, ένα ορισμένο εύρος εξόδου συντονισμού μήκους κύματος μπορεί να επιτευχθεί ελέγχοντας τη γωνία και τη θερμοκρασία του προτύπου FP και αλλάζοντας το διάστημα διαμήκους τρόπου λειτουργίας. Το Σχήμα 7(β) και (γ) δείχνει τον μη επίπεδο δακτυλιοειδή ταλαντωτή (NPRO) και τη μέθοδο κοιλότητας στρεπτικού εκκρεμούς που χρησιμοποιείται για την επίτευξη μιας εξόδου μονού διαμήκους τρόπου λειτουργίας. Η αρχή λειτουργίας είναι να διαδοθεί η δέσμη σε μία μόνο κατεύθυνση στον συντονιστή, να εξαλειφθεί αποτελεσματικά η άνιση χωρική κατανομή του αριθμού των ανεστραμμένων σωματιδίων στην συνηθισμένη κοιλότητα στάσιμου κύματος και, επομένως, να αποφευχθεί η επίδραση του φαινομένου καύσης χωρικής οπής για την επίτευξη μιας εξόδου μονού διαμήκους τρόπου λειτουργίας. Η αρχή της επιλογής τρόπου λειτουργίας χύδην πλέγματος Bragg (VBG) είναι παρόμοια με αυτή των λέιζερ στενού πλάτους γραμμής ημιαγωγών και οπτικών ινών που αναφέρθηκαν προηγουμένως, δηλαδή, χρησιμοποιώντας το VBG ως στοιχείο φίλτρου, με βάση την καλή φασματική επιλεκτικότητά του και την επιλεκτικότητα γωνίας, ο ταλαντωτής ταλαντώνεται σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος ή ζώνη για να επιτύχει τον ρόλο της επιλογής διαμήκους τρόπου λειτουργίας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 7(δ).
Ταυτόχρονα, αρκετές μέθοδοι επιλογής διαμήκους τρόπου λειτουργίας μπορούν να συνδυαστούν ανάλογα με τις ανάγκες για να βελτιωθεί η ακρίβεια επιλογής διαμήκους τρόπου λειτουργίας, να περιοριστεί περαιτέρω το πλάτος γραμμής ή να αυξηθεί η ένταση του ανταγωνισμού τρόπου λειτουργίας εισάγοντας μη γραμμικό μετασχηματισμό συχνότητας και άλλα μέσα, και να επεκταθεί το μήκος κύματος εξόδου του λέιζερ ενώ λειτουργεί σε στενό πλάτος γραμμής, κάτι που είναι δύσκολο να γίνει γιαλέιζερ ημιαγωγώνκαιλέιζερ οπτικών ινών.

(4) Λέιζερ Brillouin

Το λέιζερ Brillouin βασίζεται στο φαινόμενο διεγερμένης σκέδασης Brillouin (SBS) για την επίτευξη τεχνολογίας εξόδου χαμηλού θορύβου και στενού πλάτους γραμμής. Η αρχή της είναι μέσω της αλληλεπίδρασης του φωτονίου και του εσωτερικού ακουστικού πεδίου να παράγει μια συγκεκριμένη μετατόπιση συχνότητας των φωτονίων Stokes και να ενισχύεται συνεχώς εντός του εύρους ζώνης κέρδους.

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 παράγεται 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 κέρδους Brillouin του μέσου είναι συνήθως μόνο της τάξης των MHZ-ghz (το πλάτος γραμμής κέρδους Brillouin ορισμένων στερεών μέσων είναι μόνο περίπου 10 MHz), είναι πολύ μικρότερο από το πλάτος γραμμής κέρδους της ουσίας εργασίας λέιζερ της τάξης των 100 GHz, επομένως, το Stokes που διεγείρεται στο λέιζερ Brillouin μπορεί να δείξει εμφανές φαινόμενο στένωσης φάσματος μετά από πολλαπλή ενίσχυση στην κοιλότητα, και το πλάτος γραμμής εξόδου του είναι αρκετές τάξεις μεγέθους στενότερο από το πλάτος γραμμής αντλίας. Προς το παρόν, το λέιζερ Brillouin έχει γίνει ένα ερευνητικό hotspot στον τομέα της φωτονικής και έχουν υπάρξει πολλές αναφορές σχετικά με την τάξη Hz και υπο-Hz εξαιρετικά στενού πλάτους γραμμής εξόδου.

Τα τελευταία χρόνια, συσκευές Brillouin με δομή κυματοδηγού έχουν εμφανιστεί στον τομέα τηςφωτονική 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 οπτικό πεδίο των ανθρώπων τα τελευταία δύο χρόνια, με την καινοτόμο ανακάλυψή του στη δύναμη της δομής κυματοδηγού και το σημείο συμφόρησης του καταρράκτη SBS, η ισχύς του λέιζερ Brillouin σε μέγεθος 10 W, θέτοντας τα θεμέλια για την επέκταση της εφαρμογής του.
Γενική διασταύρωση
Με τη συνεχή εξερεύνηση της πρωτοποριακής γνώσης, τα λέιζερ στενού πλάτους γραμμής έχουν γίνει απαραίτητο εργαλείο στην επιστημονική έρευνα με την εξαιρετική τους απόδοση, όπως το συμβολόμετρο λέιζερ LIGO για την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων, το οποίο χρησιμοποιεί ένα στενό πλάτος γραμμής μονής συχνότητας.λέιζερμε μήκος κύματος 1064 nm ως πηγή εκκίνησης και το πλάτος γραμμής του φωτός εκκίνησης είναι εντός 5 kHz. Επιπλέον, τα λέιζερ στενού πλάτους με δυνατότητα ρύθμισης μήκους κύματος και χωρίς άλμα τρόπου λειτουργίας παρουσιάζουν επίσης μεγάλο δυναμικό εφαρμογής, ειδικά σε συνεκτικές επικοινωνίες, οι οποίες μπορούν να καλύψουν τέλεια τις ανάγκες της πολυπλεξίας διαίρεσης μήκους κύματος (WDM) ή της πολυπλεξίας διαίρεσης συχνότητας (FDM) για δυνατότητα ρύθμισης μήκους κύματος (ή συχνότητας) και αναμένεται να γίνουν η βασική συσκευή της επόμενης γενιάς τεχνολογίας κινητών επικοινωνιών.
Στο μέλλον, η καινοτομία των υλικών λέιζερ και της τεχνολογίας επεξεργασίας θα προωθήσει περαιτέρω τη συμπίεση του πλάτους γραμμής λέιζερ, τη βελτίωση της σταθερότητας συχνότητας, την επέκταση του εύρους μήκους κύματος και τη βελτίωση της ισχύος, ανοίγοντας το δρόμο για την ανθρώπινη εξερεύνηση του άγνωστου κόσμου.