Tecnologia làser d'amplada de línia estreta, segona part
El 1960, el primer làser de robí del món va ser un làser d'estat sòlid, caracteritzat per una alta energia de sortida i una cobertura de longitud d'ona més àmplia. L'estructura espacial única del làser d'estat sòlid el fa més flexible en el disseny de sortides d'amplada de línia estreta. Actualment, els principals mètodes implementats inclouen el mètode de cavitat curta, el mètode de cavitat anular unidireccional, el mètode estàndard intracavitat, el mètode de cavitat en mode pèndol de torsió, el mètode de reixeta de Bragg de volum i el mètode d'injecció de llavors.
La figura 7 mostra l'estructura de diversos làsers d'estat sòlid de mode longitudinal únic típics.
La figura 7(a) mostra el principi de funcionament de la selecció d'un mode longitudinal únic basat en l'estàndard FP a la cavitat, és a dir, l'espectre de transmissió d'amplada de línia estreta de l'estàndard s'utilitza per augmentar la pèrdua d'altres modes longitudinals, de manera que altres modes longitudinals es filtren en el procés de competència de modes a causa de la seva petita transmitància, per tal d'aconseguir un funcionament en mode longitudinal únic. A més, es pot obtenir un cert rang de sortida d'afinació de longitud d'ona controlant l'angle i la temperatura de l'estàndard FP i canviant l'interval de mode longitudinal. Les figures 7(b) i (c) mostren l'oscil·lador d'anell no planar (NPRO) i el mètode de cavitat del mode de pèndol torsional utilitzat per obtenir una sortida de mode longitudinal únic. El principi de funcionament és fer que el feix es propagui en una sola direcció al ressonador, eliminant eficaçment la distribució espacial desigual del nombre de partícules invertides a la cavitat d'ona estacionària ordinària i evitant així la influència de l'efecte de cremada de forats espacials per aconseguir una sortida de mode longitudinal únic. El principi de selecció del mode de la xarxa de Bragg en massa (VBG) és similar al dels làsers d'amplada de línia estreta de semiconductors i fibra esmentats anteriorment, és a dir, mitjançant l'ús de VBG com a element de filtre, basat en la seva bona selectivitat espectral i selectivitat angular, l'oscil·lador oscil·la a una longitud d'ona o banda específica per aconseguir la funció de selecció de mode longitudinal, tal com es mostra a la Figura 7(d).
Al mateix temps, es poden combinar diversos mètodes de selecció de mode longitudinal segons les necessitats per millorar la precisió de la selecció de mode longitudinal, reduir encara més l'amplada de línia o augmentar la intensitat de la competència de mode introduint transformacions de freqüència no lineals i altres mitjans, i ampliar la longitud d'ona de sortida del làser mentre funciona en una amplada de línia estreta, cosa que és difícil de fer per alàser semiconductorilàsers de fibra.
(4) Làser de Brillouin
El làser Brillouin es basa en l'efecte de dispersió Brillouin estimulada (SBS) per obtenir una tecnologia de sortida de baix soroll i amplada de línia estreta. El seu principi és que a través de la interacció del fotó i el camp acústic intern es produeix un cert canvi de freqüència dels fotons de Stokes, i s'amplifica contínuament dins de l'amplada de banda de guany.
La figura 8 mostra el diagrama de nivell de la conversió SBS i l'estructura bàsica del làser Brillouin.
A causa de la baixa freqüència de vibració del camp acústic, el canvi de freqüència de Brillouin del material sol ser només de 0,1-2 cm-1, de manera que amb un làser de 1064 nm com a llum de bombament, la longitud d'ona de Stokes generada sovint és només d'uns 1064,01 nm, però això també significa que la seva eficiència de conversió quàntica és extremadament alta (fins a un 99,99% en teoria). A més, com que l'amplada de línia de guany de Brillouin del medi sol ser només de l'ordre de MHZ-ghz (l'amplada de línia de guany de Brillouin d'alguns medis sòlids és només d'uns 10 MHz), és molt menor que l'amplada de línia de guany de la substància de treball del làser de l'ordre de 100 GHz, de manera que el làser de Stokes excitat en el làser de Brillouin pot mostrar un fenomen evident d'estrenyiment de l'espectre després d'una amplificació múltiple a la cavitat, i la seva amplada de línia de sortida és diversos ordres de magnitud més estreta que l'amplada de línia de bombament. Actualment, el làser Brillouin s'ha convertit en un punt calent de recerca en el camp de la fotònica, i hi ha hagut molts informes sobre l'ordre Hz i sub-Hz d'una sortida d'amplada de línia extremadament estreta.
En els darrers anys, han aparegut dispositius Brillouin amb estructura de guia d'ones en el camp defotònica de microones, i s'estan desenvolupant ràpidament en la direcció de la miniaturització, l'alta integració i la major resolució. A més, el làser Brillouin espacial basat en nous materials cristal·lins com el diamant també ha entrat en la visió de la gent en els darrers dos anys, el seu avenç innovador en la potència de l'estructura de la guia d'ones i el coll d'ampolla SBS en cascada, la potència del làser Brillouin a una magnitud de 10 W, establint les bases per ampliar la seva aplicació.
Cruïlla general
Amb l'exploració contínua de coneixements d'avantguarda, els làsers d'amplada de línia estreta s'han convertit en una eina indispensable en la investigació científica amb el seu excel·lent rendiment, com ara l'interferòmetre làser LIGO per a la detecció d'ones gravitacionals, que utilitza una amplada de línia estreta d'una sola freqüència.làseramb una longitud d'ona de 1064 nm com a font de llavor, i l'amplada de línia de la llum de llavor és dins dels 5 kHz. A més, els làsers d'amplada estreta amb longitud d'ona sintonitzable i sense salt de mode també mostren un gran potencial d'aplicació, especialment en comunicacions coherents, que poden satisfer perfectament les necessitats de la multiplexació per divisió de longitud d'ona (WDM) o la multiplexació per divisió de freqüència (FDM) per a la sintonització de la longitud d'ona (o freqüència), i s'espera que es converteixin en el dispositiu central de la propera generació de tecnologia de comunicació mòbil.
En el futur, la innovació dels materials làser i la tecnologia de processament promourà encara més la compressió de l'amplada de línia del làser, la millora de l'estabilitat de freqüència, l'expansió del rang de longitud d'ona i la millora de la potència, preparant el camí per a l'exploració humana del món desconegut.
Data de publicació: 29 de novembre de 2023