Сёння мы прадставім экстрэмальны "манахраматычны" лазер - лазер з вузкай шырынёй лініі.Яго з'яўленне запаўняе прабелы ў многіх галінах прымянення лазера, і ў апошнія гады ён шырока выкарыстоўваецца ў выяўленні гравітацыйных хваль, liDAR, размеркаваным зандзіраванні, высакахуткаснай кагерэнтнай аптычнай сувязі і іншых галінах, што з'яўляецца «місіяй», якая не можа быць завершана толькі за кошт паляпшэння магутнасці лазера.
Што такое вузкалінейны лазер?
Тэрмін «шырыня лініі» адносіцца да спектральнай шырыні лініі лазера ў частотнай вобласці, якая звычайна колькасна вызначаецца ў тэрмінах паўпікавай поўнай шырыні спектру (FWHM).На шырыню лініі ў асноўным уплываюць спантаннае выпраменьванне ўзбуджаных атамаў або іёнаў, фазавы шум, механічная вібрацыя рэзанатара, тэмпературны джиттер і іншыя знешнія фактары.Чым менш значэнне шырыні лініі, тым вышэй чысціня спектру, гэта значыць лепш монахраматычнасць лазера.Лазеры з такімі характарыстыкамі звычайна маюць вельмі малы фазавы або частотны шум і вельмі малы шум адноснай інтэнсіўнасці.У той жа час, чым меншае значэнне лінейнай шырыні лазера, тым мацней адпаведная кагерэнтнасць, якая выяўляецца як надзвычай вялікая даўжыня кагерэнтнасці.
Рэалізацыя і прымяненне вузкапалоснага лазера
Абмежавана ўнутранай шырынёй лініі ўзмацнення працоўнага рэчыва лазера, практычна немагчыма непасрэдна рэалізаваць выхад вузкапалоснага лазера, абапіраючыся на сам традыцыйны асцылятар.Для таго, каб рэалізаваць працу лазера з вузкай шырынёй лініі, звычайна неабходна выкарыстоўваць фільтры, рашоткі і іншыя прылады для абмежавання або выбару падоўжнага модуля ў спектры ўзмацнення, павелічэння чыстай розніцы ўзмацнення паміж падоўжнымі модамі, так што ёсць некалькі ці нават толькі адна падоўжная мода ваганняў у лазерным рэзанатары.У гэтым працэсе часта неабходна кантраляваць уплыў шуму на выхад лазера і мінімізаваць пашырэнне спектральных ліній, выкліканае вібрацыяй і зменамі тэмпературы знешняга асяроддзя;У той жа час яго таксама можна спалучаць з аналізам спектральнай шчыльнасці фазавага або частотнага шуму, каб зразумець крыніцу шуму і аптымізаваць канструкцыю лазера, каб дасягнуць стабільнага выхаду лазера з вузкай шырынёй лініі.
Давайце паглядзім на рэалізацыю працы з вузкай шырынёй лініі некалькіх розных катэгорый лазераў.
Паўправадніковыя лазеры маюць кампактныя памеры, высокую эфектыўнасць, працяглы тэрмін службы і эканамічныя перавагі.
Аптычны рэзанатар Фабры-Перо (FP), які выкарыстоўваецца ў традыцыйныхпаўправадніковыя лазерыяк правіла, вагаецца ў шматпадоўжным рэжыме, і шырыня лініі на выхадзе адносна шырокая, таму неабходна павялічыць аптычную зваротную сувязь, каб атрымаць на выхадзе вузкую шырыню лініі.
Размеркаваная зваротная сувязь (DFB) і размеркаванае брэггаўскае адлюстраванне (DBR) - гэта два тыповых паўправадніковых лазера з унутранай аптычнай зваротнай сувяззю.Дзякуючы невялікаму кроку рашоткі і добрай селектыўнасці даўжыні хвалі лёгка дасягнуць стабільнага адначастотнага выхаду з вузкай шырынёй лініі.Асноўнае адрозненне паміж дзвюма структурамі заключаецца ў становішчы рашоткі: структура DFB звычайна размяркоўвае перыядычную структуру рашоткі Брэга па ўсім рэзанатары, а рэзанатар DBR звычайна складаецца з структуры рашоткі адлюстравання і вобласці ўзмацнення, інтэграванай у кантавая паверхня.Акрамя таго, лазеры DFB выкарыстоўваюць убудаваныя рашоткі з нізкім кантрастам паказчыка праламлення і нізкай адбівальнай здольнасцю.Лазеры DBR выкарыстоўваюць павярхоўныя рашоткі з высокім кантрастам паказчыка праламлення і высокай адбівальнай здольнасцю.Абедзве структуры маюць шырокі свабодны спектральны дыяпазон і могуць выконваць настройку даўжыні хвалі без скачка моды ў дыяпазоне некалькіх нанаметраў, дзе лазер DBR мае больш шырокі дыяпазон перабудовы, чым лазерDFB лазер.Акрамя таго, тэхналогія аптычнай зваротнай сувязі са знешнім рэзонатарам, якая выкарыстоўвае знешнія аптычныя элементы для зваротнай сувязі з выходным святлом паўправадніковага лазернага чыпа і выбару частаты, таксама можа рэалізаваць працу паўправадніковага лазера з вузкай шырынёй лініі.
(2) Валаконныя лазеры
Валаконныя лазеры маюць высокую эфектыўнасць пераўтварэння накачкі, добрую якасць прамяня і высокую эфектыўнасць сувязі, якія з'яўляюцца гарачымі тэмамі даследаванняў у галіне лазераў.У кантэксце інфармацыйнай эры валаконныя лазеры маюць добрую сумяшчальнасць з сучаснымі оптавалаконнымі сістэмамі сувязі на рынку.Адным з важных напрамкаў яго развіцця стаў адначастотны валаконны лазер з перавагамі вузкай шырыні лініі, нізкага шуму і добрай кагерэнтнасці.
Праца ў адным падоўжным рэжыме з'яўляецца ядром валаконнага лазера для дасягнення выхаду вузкай шырыні лініі, звычайна ў адпаведнасці са структурай рэзанатара валаконнага лазера з адной частатой можна падзяліць на тып DFB, тып DBR і кальцавы тып.Сярод іх прынцып працы адначастотных валаконных лазераў DFB і DBR аналагічны прынцыпу працы паўправадніковых лазераў DFB і DBR.
Як паказана на малюнку 1, валаконны лазер DFB запісвае ў валакно размеркаваную брэгговскую кратку.Паколькі на рабочую даўжыню хвалі асцылятара ўплывае перыяд валакна, падоўжны рэжым можа быць выбраны з дапамогай размеркаванай зваротнай сувязі рашоткі.Лазерны рэзанатар лазера DBR звычайна складаецца з пары валаконных брэггаўскіх рашотак, а адна падоўжная мода ў асноўным выбіраецца з дапамогай вузкапалосных валаконных брэггаўскіх рашотак з нізкім каэфіцыентам адлюстравання.Аднак з-за доўгага рэзанатара, складанай структуры і адсутнасці эфектыўнага механізму дыскрымінацыі па частаце кальцавой рэзонатар схільны да скачкападобнай змены мод, і яму цяжка стабільна працаваць у пастаянным падоўжным рэжыме на працягу доўгага часу.
Малюнак 1. Дзве тыповыя лінейныя структуры з адной частатойвалаконныя лазеры
Час публікацыі: 27 лістапада 2023 г