Что такоелазер с узкой шириной линии?
Лазер с узкой шириной линии спектра. Термин «ширина линии» относится к спектральной ширине линии.лазерВ частотной области ширина линии обычно количественно определяется по ширине спектра на половине пика (FWHM). На ширину линии в основном влияют спонтанное излучение возбужденных атомов или ионов, фазовый шум, механические колебания резонатора, температурные колебания 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 низкий фазовый или частотный шум и очень низкий относительный шум интенсивности. В то же время, чем меньше значение линейной ширины лазера, тем сильнее соответствующая когерентность, которая проявляется в чрезвычайно большой длине когерентности.
Создание и применение лазера с узкой шириной линии излучения.
Ограниченная присущей рабочему веществу лазера шириной линии усиления, прямая реализация лазера с узкой шириной линии усиления с помощью традиционного генератора практически невозможна. Для реализации работы лазера с узкой шириной линии усиления обычно необходимо использовать фильтры, дифракционные решетки и другие устройства для ограничения или выбора продольного модуля в спектре усиления, увеличения чистой разницы усиления между продольными модами, так что в лазерном резонаторе наблюдается лишь несколько или даже только одна колебательная мода продольного типа. В этом процессе часто необходимо контролировать влияние шума на выходной сигнал лазера и минимизировать расширение спектральных линий, вызванное вибрацией и изменениями температуры внешней среды; одновременно можно также использовать анализ спектральной плотности фазового или частотного шума для понимания источника шума и оптимизации конструкции лазера, чтобы добиться стабильного выходного сигнала лазера с узкой шириной линии усиления.
Рассмотрим реализацию работы с узкой шириной линии излучения у нескольких различных категорий лазеров.
Полупроводниковые лазеры обладают такими преимуществами, как компактные размеры, высокая эффективность, длительный срок службы и экономическая выгода.
Оптический резонатор Фабри-Перо (ФП), используемый в традиционныхполупроводниковые лазерыКак правило, генератор работает в многопродольном режиме, и ширина выходной линии относительно велика, поэтому для получения выходного сигнала с узкой шириной линии необходимо увеличить оптическую обратную связь.
Лазеры с распределенной обратной связью (DFB-лазер) и лазеры с распределенным брэгговским отражением (DBR) — это два типичных полупроводниковых лазера с внутренней оптической обратной связью. Благодаря малому шагу решетки и хорошей селективности по длине волны, легко получить стабильный одночастотный выходной сигнал с узкой шириной линии. Основное различие между двумя структурами заключается в расположении решетки: в структуре DFB-лазера периодическая структура брэгговской решетки обычно распределена по всему резонатору, а резонатор DBR обычно состоит из структуры отражательной решетки и области усиления, интегрированной в торцевую поверхность. Кроме того, в DFB-лазерах используются встроенные решетки с низким контрастом показателя преломления и низкой отражательной способностью. В DBR-лазерах используются поверхностные решетки с высоким контрастом показателя преломления и высокой отражательной способностью. Обе структуры имеют большой свободный спектральный диапазон и позволяют осуществлять перестройку длины волны без скачков моды в диапазоне нескольких нанометров, при этом DBR-лазер имеет более широкий диапазон перестройки, чемDFB-лазерКроме того, технология оптической обратной связи с внешним резонатором, использующая внешние оптические элементы для обратной связи с исходящим светом полупроводникового лазерного чипа и выбора частоты, также позволяет реализовать работу полупроводникового лазера с узкой шириной линии излучения.
(2) Волоконные лазеры
Волоконные лазеры обладают высокой эффективностью преобразования накачки, хорошим качеством пучка и высокой эффективностью связи, что делает их актуальными направлениями исследований в области лазерных технологий. В контексте информационной эпохи волоконные лазеры хорошо совместимы с существующими на рынке системами оптической волоконной связи. Одночастотные волоконные лазеры, обладающие преимуществами узкой ширины линии, низкого уровня шума и хорошей когерентности, стали одним из важных направлений их развития.
Работа в одномодовом режиме является основой волоконных лазеров, позволяющих получить узкую ширину линии излучения. Обычно, в зависимости от структуры резонатора, одночастотные волоконные лазеры делятся на типы DFB, DBR и кольцевые. Принцип работы одночастотных волоконных лазеров DFB и DBR аналогичен принципу работы полупроводниковых лазеров DFB и DBR.
В 1960 году был создан первый в мире рубиновый лазер, твердотельный лазер, характеризующийся высокой выходной энергией и более широким диапазоном длин волн. Уникальная пространственная структура твердотельного лазера обеспечивает большую гибкость при проектировании лазеров с узкой шириной линии излучения. В настоящее время основные применяемые методы включают метод короткого резонатора, метод одностороннего кольцевого резонатора, метод внутрирезонаторного стандарта, метод резонатора с крутильным маятником, метод объемной брэгговской решетки и метод инжекции затравки.
Дата публикации: 03.06.2025