Технология узкой лазерной линии. Часть вторая
В 1960 году первый в мире рубиновый лазер был твердотельным лазером, характеризующимся высокой выходной энергией и более широким охватом длин волн. Уникальная пространственная структура твердотельного лазера делает его более гибким в проектировании узкой ширины выходной линии. В настоящее время основными реализованными методами являются метод короткого резонатора, метод одностороннего кольцевого резонатора, метод внутрирезонаторного стандарта, метод резонатора с крутильным маятниковым режимом, метод объемной брэгговской решетки и метод инъекции затравки.
На рисунке 7 показана структура нескольких типичных твердотельных лазеров с одной продольной модой.
На рисунке 7(a) показан принцип работы выбора одной продольной моды на основе внутрирезонаторного стандарта FP, то есть узкий спектр пропускания ширины линии стандарта используется для увеличения потерь других продольных мод, так что другие продольные моды отфильтровываются в процессе конкуренции мод из-за их малого пропускания, чтобы достичь работы одной продольной моды. Кроме того, определенный диапазон настройки длины волны выходного сигнала может быть получен путем управления углом и температурой стандарта FP и изменения интервала продольной моды. На рис. 7(b) и (c) показаны неплоский кольцевой генератор (NPRO) и метод резонатора крутильных маятниковых мод, используемый для получения выхода одной продольной моды. Принцип работы заключается в том, чтобы заставить луч распространяться в одном направлении в резонаторе, эффективно устранить неравномерное пространственное распределение числа обращенных частиц в обычном резонаторе стоячей волны и, таким образом, избежать влияния эффекта выжигания пространственного отверстия для достижения выхода одной продольной моды. Принцип выбора мод объемной брэгговской решетки (VBG) аналогичен принципу полупроводниковых и волоконных узкополосных лазеров, упомянутых ранее, то есть, используя VBG в качестве фильтрующего элемента, на основе его хорошей спектральной селективности и угловой селективности, генератор колеблется на определенной длине волны или в определенной полосе для достижения роли продольной селекции мод, как показано на рисунке 7(d).
В то же время несколько методов выбора продольной моды могут быть объединены в соответствии с потребностями для повышения точности выбора продольной моды, дальнейшего сужения ширины линии или увеличения интенсивности конкуренции мод путем введения нелинейного преобразования частоты и других средств, а также расширения выходной длины волны лазера при работе в узкой ширине линии, что трудно сделать дляполупроводниковый лазериволоконные лазеры.
(4) Лазер Бриллюэна
Лазер Бриллюэна основан на эффекте вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ) для получения малошумящей, узкой выходной линии. Его принцип заключается в том, что посредством взаимодействия фотона и внутреннего акустического поля создается определенный сдвиг частоты стоксовых фотонов, и происходит непрерывное усиление в пределах полосы усиления.
На рисунке 8 показана диаграмма уровней преобразования ВРМБ и базовая структура бриллюэновского лазера.
Из-за низкой частоты колебаний акустического поля сдвиг частоты Бриллюэна материала обычно составляет всего 0,1-2 см-1, поэтому при использовании лазера 1064 нм в качестве света накачки генерируемая длина волны Стокса часто составляет всего около 1064,01 нм, но это также означает, что его квантовая эффективность преобразования чрезвычайно высока (до 99,99% в теории). Кроме того, поскольку ширина линии усиления Бриллюэна среды обычно составляет всего порядка МГц-ГГц (ширина линии усиления Бриллюэна некоторых твердых сред составляет всего около 10 МГц), она намного меньше ширины линии усиления рабочего вещества лазера порядка 100 ГГц, поэтому, возбуждаемые в лазере Бриллюэна стоксы могут демонстрировать очевидное явление сужения спектра после многократного усиления в резонаторе, а ширина его выходной линии на несколько порядков уже ширины линии накачки. В настоящее время бриллюэновский лазер стал горячей точкой исследований в области фотоники, и появилось много сообщений о чрезвычайно узкой ширине выходной линии порядка Гц и суб-Гц.
В последние годы в области лазерной физики появились приборы Бриллюэна с волноводной структурой.микроволновая фотоника, и быстро развиваются в направлении миниатюризации, высокой интеграции и более высокого разрешения. Кроме того, космический лазер Бриллюэна на основе новых кристаллических материалов, таких как алмаз, также вошел в поле зрения людей в последние два года, его инновационный прорыв в мощности волноводной структуры и узкого места каскада SBS, мощность лазера Бриллюэна до величины 10 Вт, закладывая основу для расширения его применения.
Генеральный узел
Благодаря постоянному изучению передовых знаний, узкополосные лазеры стали незаменимым инструментом в научных исследованиях благодаря своим превосходным характеристикам, например, лазерный интерферометр LIGO для обнаружения гравитационных волн, который использует одночастотный узкополосный лазер.лазерс длиной волны 1064 нм в качестве источника затравки, а ширина линии затравочного света находится в пределах 5 кГц. Кроме того, узкополосные лазеры с настраиваемой длиной волны и без скачка моды также демонстрируют большой потенциал применения, особенно в когерентной связи, которая может идеально удовлетворить потребности мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM) или мультиплексирования с разделением по частоте (FDM) для настраиваемой длины волны (или частоты), и, как ожидается, станет основным устройством следующего поколения технологий мобильной связи.
В будущем инновации в области лазерных материалов и технологий обработки будут и дальше способствовать сжатию ширины линии лазера, улучшению стабильности частоты, расширению диапазона длин волн и повышению мощности, прокладывая путь для исследования человеком неизведанного мира.
Время публикации: 29-11-2023