Hari ini, kami akan memperkenalkan laser "monokromatik" ke laser linewidth yang ekstrem. Kemunculannya mengisi kesenjangan di banyak bidang aplikasi laser, dan dalam beberapa tahun terakhir telah banyak digunakan dalam deteksi gelombang gravitasi, lidar, penginderaan terdistribusi, komunikasi optik koheren berkecepatan tinggi dan bidang lainnya, yang merupakan "misi" yang tidak dapat diselesaikan hanya dengan meningkatkan daya laser.
Apa itu laser linewidth sempit?
Istilah "lebar garis" mengacu pada lebar garis spektral laser dalam domain frekuensi, yang biasanya dikuantifikasi dalam hal lebar penuh spektrum (FWHM). Linewidth terutama dipengaruhi oleh radiasi spontan dari atom atau ion tereksitasi, kebisingan fase, getaran mekanis resonator, jitter suhu dan faktor eksternal lainnya. Semakin kecil nilai lebar garis, semakin tinggi kemurnian spektrum, yaitu, semakin baik monokromatik laser. Laser dengan karakteristik seperti itu biasanya memiliki noise fase atau frekuensi yang sangat sedikit dan sangat sedikit kebisingan intensitas relatif. Pada saat yang sama, semakin kecil nilai lebar linier laser, semakin kuat koherensi yang sesuai, yang dimanifestasikan sebagai panjang koherensi yang sangat panjang.
Realisasi dan penerapan laser linewidth sempit
Dibatasi oleh linewidth yang melekat dari zat kerja laser, hampir tidak mungkin untuk secara langsung mewujudkan output dari laser linewidth sempit dengan mengandalkan osilator tradisional itu sendiri. Untuk mewujudkan pengoperasian laser linewidth sempit, biasanya perlu menggunakan filter, kisi -kisi dan perangkat lain untuk membatasi atau memilih modulus longitudinal dalam spektrum gain, meningkatkan perbedaan penguatan bersih antara mode longitudinal, sehingga ada beberapa atau bahkan hanya satu osilasi mode longitudinal di resonator laser. Dalam proses ini, seringkali perlu untuk mengendalikan pengaruh kebisingan pada output laser, dan meminimalkan perluasan garis spektral yang disebabkan oleh perubahan getaran dan suhu lingkungan eksternal; Pada saat yang sama, ini juga dapat dikombinasikan dengan analisis fase atau frekuensi kerapatan spektral noise untuk memahami sumber kebisingan dan mengoptimalkan desain laser, sehingga dapat mencapai output stabil dari laser linewidth sempit.
Mari kita lihat realisasi operasi linewidth sempit dari beberapa kategori laser yang berbeda.
Laser semikonduktor memiliki keunggulan ukuran kompak, efisiensi tinggi, umur panjang dan manfaat ekonomi.
Resonator optik Fabry-Perot (FP) yang digunakan secara tradisionalLaser semikonduktorUmumnya berosilasi dalam mode multi-longitudinal, dan lebar garis output relatif lebar, sehingga perlu untuk meningkatkan umpan balik optik untuk mendapatkan output lebar garis sempit.
Umpan balik terdistribusi (DFB) dan refleksi Bragg terdistribusi (DBR) adalah dua laser semikonduktor umpan balik optik internal yang khas. Karena nada kisi kecil dan selektivitas panjang gelombang yang baik, mudah untuk mencapai output linewidth sempit frekuensi tunggal yang stabil. Perbedaan utama antara kedua struktur adalah posisi kisi: struktur DFB biasanya mendistribusikan struktur periodik kisi -kisi Bragg di seluruh resonator, dan resonator DBR biasanya terdiri dari struktur kisi refleksi dan daerah penguatan yang diintegrasikan ke dalam permukaan ujung. Selain itu, laser DFB menggunakan kisi -kisi tertanam dengan kontras indeks bias rendah dan reflektifitas rendah. Laser DBR menggunakan kisi -kisi permukaan dengan kontras indeks bias tinggi dan reflektivitas tinggi. Kedua struktur memiliki rentang spektral bebas yang besar dan dapat melakukan tuning panjang gelombang tanpa mode melompat dalam kisaran beberapa nanometer, di mana laser DBR memiliki rentang tuning yang lebih luas dariLaser DFB. Selain itu, teknologi umpan balik optik rongga eksternal, yang menggunakan elemen optik eksternal untuk umpan balik cahaya keluar dari chip laser semikonduktor dan pilih frekuensinya, juga dapat mewujudkan operasi linewidth sempit dari laser semikonduktor.
(2) Laser serat
Laser serat memiliki efisiensi konversi pompa yang tinggi, kualitas balok yang baik dan efisiensi kopling yang tinggi, yang merupakan topik penelitian panas di bidang laser. Dalam konteks era informasi, laser serat memiliki kompatibilitas yang baik dengan sistem komunikasi serat optik saat ini di pasar. Laser serat frekuensi tunggal dengan keunggulan lebar garis sempit, kebisingan rendah dan koherensi yang baik telah menjadi salah satu arah penting dari perkembangannya.
Operasi mode longitudinal tunggal adalah inti dari laser serat untuk mencapai output lebar garis sempit, biasanya sesuai dengan struktur resonator laser serat frekuensi tunggal dapat dibagi menjadi tipe DFB, tipe DBR dan tipe cincin. Di antara mereka, prinsip kerja laser serat frekuensi tunggal DFB dan DBR mirip dengan laser semikonduktor DFB dan DBR.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, laser serat DFB adalah untuk menulis Bragg kisi terdistribusi ke dalam serat. Karena panjang gelombang kerja osilator dipengaruhi oleh periode serat, mode longitudinal dapat dipilih melalui umpan balik yang didistribusikan dari kisi -kisi. Resonator laser laser DBR biasanya dibentuk oleh sepasang kisi -kisi serat bragg, dan mode longitudinal tunggal terutama dipilih oleh pita sempit dan fiber bragg serat reflektivitas rendah. Namun, karena resonatornya yang panjang, struktur kompleks dan kurangnya mekanisme diskriminasi frekuensi yang efektif, rongga berbentuk cincin rentan terhadap mode melompat, dan sulit untuk bekerja secara stabil dalam mode longitudinal yang konstan untuk waktu yang lama.
Gambar 1, dua struktur linier khas dari frekuensi tunggalLaser Serat
Waktu posting: Nov-27-2023