Лазерная тэхналогія з вузкай шырынёй ліній. Частка другая
У 1960 годзе першы ў свеце рубінавы лазер быў цвёрдацельным лазерам, які характарызаваўся высокай выходнай энергіяй і шырэйшым ахопам даўжынь хваль. Унікальная прасторавая структура цвёрдацельнага лазера робіць яго больш гнуткім пры распрацоўцы вузкай шырыні лініі выпраменьвання. У цяперашні час асноўнымі рэалізаванымі метадамі з'яўляюцца метад кароткага рэзанатара, метад аднабаковага кальцавога рэзанатара, стандартны метад унутрырэзанатара, метад рэзанатара з круцільным маятнікам, метад аб'ёмнай брэгаўскай рашоткі і метад увядзення пачатковага рэзанатара.
На малюнку 7 паказана структура некалькіх тыповых аднамодавых цвёрдацельных лазераў.
На малюнку 7(a) паказаны прынцып працы выбару адной падоўжнай моды на аснове стандартнага FP у рэзанатары, гэта значыць, вузкі спектр прапускання шырыні лініі стандарту выкарыстоўваецца для павелічэння страт іншых падоўжных мод, так што іншыя падоўжныя моды фільтруюцца ў працэсе канкурэнцыі мод з-за іх малога каэфіцыента прапускання, каб дасягнуць працы адной падоўжнай моды. Акрамя таго, пэўны дыяпазон перабудовы даўжыні хвалі можа быць атрыманы шляхам кіравання вуглом і тэмпературай стандартнага FP і змены інтэрвалу падоўжнай моды. На малюнку 7(b) і (c) паказаны метад неплоскага кальцавога генератара (NPRO) і рэзанатара з круцільным маятнікам, якія выкарыстоўваюцца для атрымання выхаднога сігналу адной падоўжнай моды. Прынцып працы заключаецца ў тым, каб прымусіць прамень распаўсюджвацца ў адным кірунку ў рэзанатары, эфектыўна ліквідаваць нераўнамернае прасторавае размеркаванне колькасці адваротных часціц у звычайным рэзанатары стаячай хвалі і, такім чынам, пазбегнуць уплыву эфекту прасторавага выпальвання дзірак для дасягнення выхаднога сігналу адной падоўжнай моды. Прынцып выбару моды аб'ёмнай брэгаўскай рашоткі (VBG) падобны да прынцыпу паўправадніковых і валаконных лазераў з вузкай шырынёй лініі, згаданых раней, гэта значыць, пры выкарыстанні VBG у якасці фільтруючага элемента, заснаванага на яго добрай спектральнай селектыўнасці і кутняй селектыўнасці, генератар вагаецца на пэўнай даўжыні хвалі або ў дыяпазоне для дасягнення ролі падоўжнага выбару моды, як паказана на малюнку 7(d).
Адначасова, некалькі метадаў выбару падоўжнай моды можна камбінаваць у залежнасці ад патрэб, каб палепшыць дакладнасць выбару падоўжнай моды, яшчэ больш звузіць шырыню лініі або павялічыць інтэнсіўнасць канкурэнцыі мод шляхам увядзення нелінейнага пераўтварэння частаты і іншых сродкаў, а таксама пашырыць даўжыню хвалі выхаднога лазера пры працы ў вузкай шырыні лініі, што складана зрабіць дляпаўправадніковы лазерівалаконныя лазеры.
(4) Лазер Брылюэна
Брылюэнаўскі лазер заснаваны на эфекце вымушанага рассейвання Брылюэна (ВРМБ) для атрымання нізкашумнай тэхналогіі з вузкай шырынёй лініі выпраменьвання. Яго прынцып заключаецца ў тым, што фатон узаемадзейнічае з унутраным акустычным полем, што стварае пэўны зрух частаты стоксавых фатонаў, і ён бесперапынна ўзмацняецца ў межах паласы паласы ўзмацнення.
На малюнку 8 паказана дыяграма ўзроўняў пераўтварэння ВРМБ і асноўная структура лазера Брылюэна.
З-за нізкай частаты ваганняў акустычнага поля зрух частаты Брылюэна матэрыялу звычайна складае ўсяго 0,1-2 см-1, таму пры выкарыстанні лазера з даўжынёй хвалі накачкі 1064 нм даўжыня хвалі Стокса часта складае толькі каля 1064,01 нм, але гэта таксама азначае, што яго эфектыўнасць квантавага пераўтварэння надзвычай высокая (тэарэтычна да 99,99%). Акрамя таго, паколькі шырыня лініі ўзмацнення Брылюэна асяроддзя звычайна складае толькі парадак МГц-ГГц (шырыня лініі ўзмацнення Брылюэна некаторых цвёрдых асяроддзяў складае ўсяго каля 10 МГц), яна значна меншая за шырыню лініі ўзмацнення лазернага рабочага рэчыва парадку 100 ГГц, таму ўзбуджэнне Стокса ў лазеры Брылюэна можа праяўляць відавочнае звужэнне спектру пасля шматразовага ўзмацнення ў рэзанатары, а шырыня яго выходнай лініі на некалькі парадкаў меншая за шырыню лініі накачкі. У цяперашні час лазер Брылюэна стаў цэнтрам даследаванняў у галіне фатонікі, і было шмат паведамленняў аб парадку Гц і субГц з надзвычай вузкай шырынёй лініі выхаднога сігналу.
У апошнія гады ў галіне з'явіліся прылады Брылюэна з хваляводнай структураймікрахвалевая фатоніка, і хутка развіваюцца ў напрамку мініяцюрызацыі, высокай інтэграцыі і больш высокага разрознення. Акрамя таго, касмічны лазер Брылюэна на аснове новых крышталічных матэрыялаў, такіх як алмаз, таксама трапіў у поле зроку людзей за апошнія два гады, яго інавацыйны прарыў у магутнасці хваляводнай структуры і каскадным вузкім месцы ВРМБ, магутнасць лазера Брылюэна да 10 Вт, заклаўшы аснову для пашырэння яго прымянення.
Агульны скрыжаванне
Дзякуючы пастаяннаму вывучэнню перадавых ведаў, лазеры з вузкай шырынёй лініі сталі незаменным інструментам у навуковых даследаваннях дзякуючы сваім выдатным характарыстыкам, напрыклад, лазерны інтэрферометр LIGO для выяўлення гравітацыйных хваль, які выкарыстоўвае аднакаштастную вузкую шырыню лініі.лазерз даўжынёй хвалі 1064 нм у якасці крыніцы пачатковага выпраменьвання, а шырыня лініі пачатковага выпраменьвання знаходзіцца ў межах 5 кГц. Акрамя таго, лазеры вузкай шырыні з перабудоўваемай даўжынёй хвалі і без скачка моды таксама дэманструюць вялікі патэнцыял прымянення, асабліва ў кагерэнтнай сувязі, якія могуць ідэальна задаволіць патрэбы мультыплексавання з падзелам даўжыні хвалі (WDM) або мультыплексавання з падзелам частоты (FDM) для перабудоўвання даўжыні хвалі (або частаты), і, як чакаецца, стануць асноўнай прыладай наступнага пакалення тэхналогій мабільнай сувязі.
У будучыні інавацыі ў галіне лазерных матэрыялаў і тэхналогій апрацоўкі будуць спрыяць сцісканню шырыні лазернай лініі, паляпшэнню стабільнасці частаты, пашырэнню дыяпазону даўжынь хваль і павышэнню магутнасці, што адкрые шлях для даследавання чалавекам невядомага свету.
Час публікацыі: 29 лістапада 2023 г.