Что такоеузкая ширина линии лазера?
Узколинейный лазер. Термин «ширина линии» относится к спектральной ширине линиилазерв частотной области, которая обычно количественно определяется в терминах полупиковой полной ширины спектра (FWHM). На ширину линии в основном влияют спонтанное излучение возбужденных атомов или ионов, фазовый шум, механическая вибрация резонатора, температурный джиттер и другие внешние факторы. Чем меньше значение ширины линии, тем выше чистота спектра, то есть тем лучше монохроматичность лазера. Лазеры с такими характеристиками обычно имеют очень малый фазовый или частотный шум и очень малый относительный шум интенсивности. В то же время, чем меньше значение линейной ширины лазера, тем сильнее соответствующая когерентность, которая проявляется как чрезвычайно большая длина когерентности.
Реализация и применение узкополосного лазера
Ограниченный собственной шириной линии усиления рабочего вещества лазера, практически невозможно напрямую реализовать выход узколинейного лазера, полагаясь на сам традиционный генератор. Для того чтобы реализовать работу узколинейного лазера, обычно необходимо использовать фильтры, решетки и другие устройства для ограничения или выбора продольного модуля в спектре усиления, увеличения чистой разницы усиления между продольными модами, так что в резонаторе лазера есть несколько или даже только одно продольное колебание моды. В этом процессе часто необходимо контролировать влияние шума на выход лазера и минимизировать уширение спектральных линий, вызванное вибрацией и изменениями температуры внешней среды; В то же время его также можно объединить с анализом спектральной плотности фазового или частотного шума, чтобы понять источник шума и оптимизировать конструкцию лазера, чтобы добиться стабильного выхода узколинейного лазера.
Давайте рассмотрим реализацию работы с узкой шириной линии нескольких различных категорий лазеров.
Полупроводниковые лазеры обладают такими преимуществами, как компактность, высокая эффективность, длительный срок службы и экономичность.
Оптический резонатор Фабри-Перо (ФП), используемый в традиционныхполупроводниковые лазерыобычно колеблется в многопродольной моде, а ширина выходной линии относительно широкая, поэтому необходимо увеличить оптическую обратную связь, чтобы получить выход с узкой шириной линии.
Распределенная обратная связь (DFB Laser) и распределенное брэгговское отражение (DBR) являются двумя типичными полупроводниковыми лазерами с внутренней оптической обратной связью. Благодаря малому шагу решетки и хорошей селективности по длине волны легко добиться стабильного одночастотного узкого выходного сигнала. Основное различие между двумя структурами заключается в положении решетки: структура DFB Laser обычно распределяет периодическую структуру брэгговской решетки по всему резонатору, а резонатор DBR обычно состоит из структуры отражательной решетки и области усиления, интегрированной в торцевую поверхность. Кроме того, DFB Lasers используют встроенные решетки с низким контрастом показателя преломления и низкой отражательной способностью. DBR Lasers используют поверхностные решетки с высоким контрастом показателя преломления и высокой отражательной способностью. Обе структуры имеют большой свободный спектральный диапазон и могут выполнять настройку длины волны без скачка моды в диапазоне нескольких нанометров, где DBR Laser имеет более широкий диапазон настройки, чемDFB-лазер. Кроме того, технология оптической обратной связи с внешним резонатором, которая использует внешние оптические элементы для обратной связи исходящего света чипа полупроводникового лазера и выбора частоты, также может реализовать работу полупроводникового лазера с узкой шириной линии.
(2) Волоконные лазеры
Волоконные лазеры имеют высокую эффективность преобразования накачки, хорошее качество луча и высокую эффективность связи, которые являются горячими темами исследований в области лазеров. В контексте информационного века волоконные лазеры имеют хорошую совместимость с текущими на рынке системами оптоволоконной связи. Одночастотный волоконный лазер с преимуществами узкой ширины линии, низкого шума и хорошей когерентности стал одним из важных направлений его развития.
Работа с одной продольной модой является основой волоконного лазера для достижения узкой ширины выходной линии, обычно в соответствии со структурой резонатора одночастотный волоконный лазер можно разделить на тип DFB, тип DBR и кольцевой тип. Среди них принцип работы одночастотных волоконных лазеров DFB Laser и DBR аналогичен принципу работы полупроводниковых лазеров DFB и DBR.
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.
Время публикации: 03.06.2025