Avui, introduirem un làser “monocromàtic” al làser de l’amplada de línia extrem. La seva aparició omple les llacunes en molts camps d’aplicació del làser i, en els darrers anys, s’ha utilitzat àmpliament en la detecció d’ones gravitacionals, LiDAR, detecció distribuïda, comunicació òptica coherent d’alta velocitat i altres camps, que és una “missió” que no es pot completar només millorant la potència làser.
Què és un làser d’amplada de línia estret?
El terme "amplada de línia" fa referència a l'amplada de la línia espectral del làser en el domini de freqüència, que normalment es quantifica en termes de l'amplada completa de l'espectre (FWHM). L’amplada de línia es veu afectada principalment per la radiació espontània d’àtoms o ions excitats, soroll de fase, vibració mecànica del ressonador, trepitja de temperatura i altres factors externs. Com més petit sigui el valor de l’amplada de la línia, més gran és la puresa de l’espectre, és a dir, millor és la monocromaticitat del làser. Els làsers amb aquestes característiques solen tenir un soroll de fase o freqüència molt poca i molt poca intensitat relativa. Al mateix temps, com més petit sigui el valor d’amplada lineal del làser, més forta és la coherència corresponent, que es manifesta com una longitud de coherència extremadament llarga.
Realització i aplicació del làser de l'amplada de línia estreta
Limitada per l’ample de línia de guany inherent de la substància de treball del làser, és gairebé impossible adonar -se directament de la sortida del làser d’amplada de línia estreta confiant en el propi oscil·lador tradicional. Per tal de realitzar el funcionament del làser d’amplada de línia estreta, normalment és necessari utilitzar filtres, reixes i altres dispositius per limitar o seleccionar el mòdul de l’espectre de guanys, augmentar la diferència de guany net entre els modes longitudinals, de manera que hi ha uns pocs o fins i tot només una oscil·lació d’un mode longitudinal en el ressonador laser. En aquest procés, sovint és necessari controlar la influència del soroll en la sortida làser i minimitzar l’ampliació de línies espectrals causades per la vibració i els canvis de temperatura del medi extern; Al mateix temps, també es pot combinar amb l’anàlisi de la densitat espectral de sorolls de fase o freqüència per comprendre la font de soroll i optimitzar el disseny del làser, per aconseguir una sortida estable del làser d’amplada de línia estreta.
Fem una ullada a la realització d’un funcionament d’amplada de línia estreta de diverses categories de làsers diferents.
Els làsers de semiconductors tenen els avantatges de la mida compacta, la alta eficiència, la llarga vida i els beneficis econòmics.
El ressonador òptic Fabry-Perot (FP) utilitzat en tradicionallàsers semiconductorsGeneralment oscil·la en mode multi-longitudinal i l'amplada de la línia de sortida és relativament àmplia, per la qual cosa és necessari augmentar la retroalimentació òptica per obtenir la sortida d'amplada de la línia estreta.
La retroalimentació distribuïda (DFB) i la reflexió de Bragg distribuïdes (DBR) són dos làsers de semiconductors típics de retroalimentació òptica interna. A causa del petit pas de reixeta i la bona selectivitat de longitud d'ona, és fàcil aconseguir una sortida estable d'amplada de línia estreta d'una sola freqüència. La diferència principal entre les dues estructures és la posició de la reixa: l’estructura DFB sol distribuir l’estructura periòdica de la reixa de Bragg a tot el ressonador i el ressonador de la DBR es compon generalment de l’estructura de referència de reflexió i la regió de guany integrada a la superfície final. A més, els làsers DFB utilitzen reixes incrustades amb un baix contrast d’índex de refracció i una baixa reflectivitat. Els làsers de DBR utilitzen reixes de superfície amb un alt contrast d’índex de refracció i alta reflectivitat. Les dues estructures tenen un gran rang espectral lliure i poden realitzar una sintonia de longitud d'ona sense saltar en mode en el rang d'alguns nanòmetres, on el làser DBR té un rang d'afinació més ampli que elLàser DFB. A més, la tecnologia de retroalimentació òptica de la cavitat externa, que utilitza elements òptics externs per retroalimentar la llum sortint del xip làser de semiconductors i seleccionar la freqüència, també pot adonar -se del funcionament estret d’amplada de línia del làser de semiconductors.
(2) Làsers de fibra
Els làsers de fibra tenen una alta eficiència de conversió de la bomba, una bona qualitat del feix i una alta eficiència d’acoblament, que són els temes de recerca calents al camp làser. En el context de l’era de la informació, els làsers de fibra tenen una bona compatibilitat amb els sistemes actuals de comunicació de fibra òptica al mercat. El làser de fibra d’una sola freqüència amb els avantatges de l’amplada de la línia estreta, el baix soroll i la bona coherència s’ha convertit en una de les direccions importants del seu desenvolupament.
El funcionament del mode longitudinal únic és el nucli del làser de fibra per aconseguir una sortida d’amplada de línia estreta, normalment segons l’estructura del ressonador del làser de fibra d’una sola freqüència es pot dividir en tipus DFB, tipus DBR i tipus d’anell. Entre ells, el principi de treball dels làsers de fibra de freqüència única DFB i DBR és similar al dels làsers de semiconductors DFB i DBR.
Com es mostra a la figura 1, el làser de fibra DFB ha d’escriure Bragg distribuït a la fibra. Com que la longitud d’ona de treball de l’oscil·lador es veu afectada pel període de fibra, el mode longitudinal es pot seleccionar mitjançant la retroalimentació distribuïda de la reixa. El ressonador làser del làser DBR es forma generalment format per un parell de reixes de fibra Bragg, i el mode longitudinal únic és seleccionat principalment per una banda estreta i una baixa reflexió de fibra de fibra. No obstant això, a causa del seu llarg ressonador, l'estructura complexa i la manca de mecanisme de discriminació de freqüència eficaç, la cavitat en forma d'anell és propensa a la bata de mode, i és difícil treballar de manera estable en mode longitudinal constant durant molt de temps.
Figura 1, dues estructures lineals típiques de freqüència únicalàsers de fibra
Post Horari: 27 de novembre de 2023