Avui introduirem un làser "monocromàtic" a l'extrem: làser d'amplada de línia estreta. La seva aparició omple els buits 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 fer. es completa només millorant la potència del làser.
Què és un làser d'amplada de línia estreta?
El terme "amplada de línia" es refereix a l'amplada de línia espectral del làser en el domini de la freqüència, que normalment es quantifica en termes de l'amplada total de la meitat del pic de l'espectre (FWHM). L'amplada de línia es veu afectada principalment per la radiació espontània d'àtoms o ions excitats, el soroll de fase, la vibració mecànica del ressonador, la fluctuació de temperatura i altres factors externs. Com més petit sigui el valor de l'amplada de línia, més gran serà la puresa de l'espectre, és a dir, millor serà la monocromaticitat del làser. Els làsers amb aquestes característiques solen tenir molt poc soroll de fase o freqüència i molt poc soroll d'intensitat relativa. Al mateix temps, com més petit sigui el valor de l'amplada lineal del làser, més forta serà la coherència corresponent, que es manifesta com una longitud de coherència extremadament llarga.
Realització i aplicació de làser d'ample de línia estret
Limitat per l'amplada de línia de guany inherent de la substància de treball del làser, és gairebé impossible realitzar directament 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 longitudinal de l'espectre de guany, augmentar la diferència de guany net entre els modes longitudinals, de manera que hi hagi un poques o fins i tot només una oscil·lació de mode longitudinal al ressonador làser. En aquest procés, sovint és necessari controlar la influència del soroll en la sortida del làser i minimitzar l'ampliació de les línies espectrals causada per la vibració i els canvis de temperatura de l'entorn extern; Al mateix temps, també es pot combinar amb l'anàlisi de la densitat espectral del soroll de fase o freqüència per entendre la font del soroll i optimitzar el disseny del làser, per tal d'aconseguir una sortida estable del làser d'amplada de línia estreta.
Fem una ullada a la realització de l'operació d'amplada de línia estreta de diverses categories diferents de làsers.
Els làsers semiconductors tenen els avantatges de mida compacta, alta eficiència, llarga vida i beneficis econòmics.
El ressonador òptic Fabry-Perot (FP) utilitzat en la tradiciólàsers semiconductorsgeneralment oscil·la en mode multilongitudinal 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 línia estreta.
La retroalimentació distribuïda (DFB) i la reflexió Bragg distribuïda (DBR) són dos làsers semiconductors de retroalimentació òptica interna típics. A causa del petit pas de reixeta i la bona selectivitat de la longitud d'ona, és fàcil aconseguir una sortida estable d'amplada de línia estreta d'una sola freqüència. La principal diferència entre les dues estructures és la posició de la reixa: l'estructura DFB sol distribuir l'estructura periòdica de la reixeta de Bragg per tot el ressonador, i el ressonador de la DBR sol estar compost per l'estructura de la reixeta de reflexió i la regió de guany integrada en la superfície final. A més, els làsers DFB utilitzen reixes incrustades amb baix contrast d'índex de refracció i baixa reflectivitat. Els làsers DBR utilitzen reixes de superfície amb un alt índex de refracció de contrast i alta reflectivitat. Ambdues estructures tenen un gran rang espectral lliure i poden realitzar una sintonització de longitud d'ona sense salt de mode en el rang d'uns pocs nanòmetres, on el làser DBR té un rang d'ajust més ampli que elLàser DFB. A més, la tecnologia de retroalimentació òptica de cavitat externa, que utilitza elements òptics externs per retroalimentar la llum sortint del xip làser semiconductor i seleccionar la freqüència, també pot realitzar l'operació d'amplada de línia estreta del làser semiconductor.
(2) Làsers de fibra
Els làsers de fibra tenen una alta eficiència de conversió de bomba, una bona qualitat del feix i una alta eficiència d'acoblament, que són els temes de recerca candents en el camp del làser. En el context de l'era de la informació, els làsers de fibra tenen una bona compatibilitat amb els sistemes de comunicació de fibra òptica actuals del mercat. El làser de fibra d'una sola freqüència amb els avantatges d'ample de línia estreta, baix soroll i 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 de freqüència única es pot dividir en tipus DFB, tipus DBR i tipus d'anell. Entre ells, el principi de funcionament dels làsers de fibra d'una sola freqüència DFB i DBR és similar al dels làsers semiconductors DFB i DBR.
Com es mostra a la figura 1, el làser de fibra DFB és per escriure una reixa de Bragg distribuïda 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 sol estar format per un parell de reixes de Bragg de fibra, i el mode longitudinal únic es selecciona principalment per reixes de Bragg de fibra de banda estreta i de baixa reflectivitat. Tanmateix, a causa del seu ressonador llarg, estructura complexa i manca d'un mecanisme de discriminació de freqüència eficaç, la cavitat en forma d'anell és propensa al salt de mode i és difícil treballar de manera estable en mode longitudinal constant durant molt de temps.
Figura 1, Dues estructures lineals típiques d'una sola freqüèncialàsers de fibra
Hora de publicació: 27-nov-2023