Лазерная технология с узкой шириной линии, часть вторая
В 1960 году первым в мире рубиновым лазером стал твердотельный лазер, характеризующийся высокой выходной энергией и более широким диапазоном длин волн.Уникальная пространственная структура твердотельного лазера делает его более гибким при проектировании выходной мощности с узкой шириной линии.В настоящее время к основным реализованным методам относятся метод короткой полости, метод односторонней кольцевой полости, стандартный внутрирезонаторный метод, метод полости в режиме крутильного маятника, метод объемной брэгговской решетки и метод инъекции затравки.
На рис. 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 передачи стандарта с шириной линии используется для увеличения потерь других продольных мод, так что другие продольные моды отфильтровываются в процессе конкуренции режимов из-за их небольшого коэффициента пропускания, чтобы обеспечить работу в одном продольном режиме.Кроме того, определенный диапазон настройки длины волны можно получить, управляя углом и температурой стандарта FP и изменяя интервал продольной моды.ИНЖИР.7(b) и (c) показаны неплоский кольцевой генератор (NPRO) и метод резонатора с крутильным маятником, используемые для получения выходного сигнала одной продольной моды.Принцип работы заключается в том, чтобы заставить луч распространяться в резонаторе в одном направлении, эффективно устранить неравномерное пространственное распределение количества обращенных частиц в полости обычной стоячей волны и, таким образом, избежать влияния эффекта горения пространственных дырок для достижения Выход с одной продольной модой.Принцип выбора мод объемной брэгговской решетки (VBG) аналогичен принципу выбора моды полупроводниковых и волоконных лазеров с узкой шириной линии, упомянутых ранее, то есть, используя VBG в качестве фильтрующего элемента, на основе его хорошей спектральной избирательности и угловой избирательности, генератор колеблется на определенной длине волны или в полосе частот, чтобы обеспечить выбор продольной моды, 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 за счет введения нелинейного преобразования частоты и других средств, а также расширения выходной длины волны лазер при работе в узкой ширине линии, что сложно сделать дляполупроводниковый лазериволоконные лазеры.
(4) Бриллюэновский лазер
Лазер Бриллюэна основан на эффекте вынужденного рассеяния Бриллюэна (SBS) для получения технологии вывода с низким уровнем шума и узкой шириной линии. Его принцип заключается в том, что посредством взаимодействия фотонов и внутреннего акустического поля создается определенный сдвиг частоты стоксовых фотонов, и он постоянно усиливается в пределах получить пропускную способность.
На рис. 8 показаны диаграмма уровней ВРМБ-преобразования 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 с длиной волны 1064 нм в качестве света накачки генерируемая длина волны Стокса часто составляет всего около 1064,01 нм, но это также означает, что его эффективность квантового преобразования чрезвычайно высока (теоретически до 99,99%).Кроме того, поскольку ширина линии усиления Бриллюэна среды обычно составляет всего лишь порядка МГц (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 Стокс, возбуждаемый в бриллюэновском лазере, может 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 лазер Бриллюэна стал горячей точкой исследований в области фотоники, и было много сообщений о герцовом и субгерцовом порядке выходного сигнала с чрезвычайно узкой шириной линии.
В последние годы в области электроизмерений появились устройства Бриллюэна с волноводной структурой.микроволновая фотоника, и быстро развиваются в направлении миниатюризации, высокой интеграции и более высокого разрешения.Кроме того, за последние два года в поле зрения людей также попал космический лазер Бриллюэна, основанный на новых кристаллических материалах, таких как алмаз, его инновационный прорыв в мощности волноводной структуры и узком месте каскадного SBS, мощности лазера Бриллюэна. до величины 10 Вт, что закладывает основу для расширения его применения.
Общий перекресток
Благодаря постоянному освоению передовых знаний, лазеры с узкой шириной линии стали незаменимым инструментом в научных исследованиях благодаря своим превосходным характеристикам, например, лазерный интерферометр LIGO для обнаружения гравитационных волн, который использует одночастотную узкую линию.лазерс длиной волны 1064 нм в качестве источника затравки, а ширина линии затравочного света находится в пределах 5 кГц.Кроме того, лазеры узкой ширины с перестраиваемой длиной волны и без скачка моды также демонстрируют большой потенциал применения, особенно в когерентной связи, что может идеально удовлетворить потребности мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM) или мультиплексирования с разделением по частоте (FDM) для длины волны (или частоты). ) возможность настройки и, как ожидается, станет основным устройством следующего поколения технологий мобильной связи.
В будущем инновации в области лазерных материалов и технологий обработки будут способствовать дальнейшему сокращению ширины лазерной линии, улучшению стабильности частоты, расширению диапазона длин волн и повышению мощности, открывая путь для исследования человеком неизведанного мира.
Время публикации: 29 ноября 2023 г.