Teknologi Laser Garis Sempit Bagian Kedua

Teknologi Laser Garis Sempit Bagian Kedua

(3)Laser keadaan padat

Pada tahun 1960, laser ruby ​​pertama di dunia adalah laser solid-state, yang dicirikan oleh energi keluaran yang tinggi dan cakupan panjang gelombang yang lebih luas. Struktur spasial laser solid-state yang unik membuatnya lebih fleksibel dalam desain keluaran dengan lebar garis yang sempit. Saat ini, metode utama yang diterapkan meliputi metode rongga pendek, metode rongga cincin satu arah, metode standar intracavity, metode rongga mode pendulum torsi, metode kisi Bragg volume, dan metode injeksi benih.

Gambar 7 menunjukkan struktur beberapa laser solid-state mode longitudinal tunggal yang umum.

Gambar 7(a) menunjukkan prinsip kerja pemilihan moda longitudinal tunggal berdasarkan standar FP dalam rongga. Dengan kata lain, spektrum transmisi lebar garis yang sempit dari standar ini digunakan untuk meningkatkan kehilangan moda longitudinal lainnya. Akibatnya, moda longitudinal lain tersaring keluar dalam proses kompetisi moda karena transmitansinya yang rendah, sehingga tercapai operasi moda longitudinal tunggal. Selain itu, rentang keluaran penyetelan panjang gelombang tertentu dapat diperoleh dengan mengendalikan sudut dan suhu standar FP serta mengubah interval moda longitudinal. Gambar 7(b) dan (c) menunjukkan osilator cincin non-planar (NPRO) dan metode rongga moda pendulum torsional yang digunakan untuk memperoleh keluaran moda longitudinal tunggal. Prinsip kerjanya adalah membuat berkas merambat dalam satu arah di dalam resonator, sehingga secara efektif menghilangkan distribusi spasial yang tidak merata dari jumlah partikel terbalik dalam rongga gelombang stasioner biasa, dan dengan demikian menghindari pengaruh efek pembakaran lubang spasial untuk mencapai keluaran moda longitudinal tunggal. Prinsip pemilihan mode kisi Bragg massal (VBG) serupa dengan laser lebar garis sempit semikonduktor dan serat yang disebutkan sebelumnya, yaitu, dengan menggunakan VBG sebagai elemen filter, berdasarkan selektivitas spektral dan selektivitas sudutnya yang baik, osilator berosilasi pada panjang gelombang atau pita tertentu untuk mencapai peran pemilihan mode longitudinal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7(d).
Pada saat yang sama, beberapa metode pemilihan mode longitudinal dapat dikombinasikan sesuai dengan kebutuhan untuk meningkatkan akurasi pemilihan mode longitudinal, lebih mempersempit lebar garis, atau meningkatkan intensitas persaingan mode dengan memperkenalkan transformasi frekuensi nonlinier dan cara lain, dan memperluas panjang gelombang keluaran laser saat beroperasi dalam lebar garis sempit, yang sulit dilakukan untuklaser semikonduktorDanlaser serat.

(4) Laser Brillouin

Laser Brillouin didasarkan pada efek hamburan Brillouin terstimulasi (SBS) untuk memperoleh teknologi keluaran dengan noise rendah dan lebar garis sempit. Prinsipnya adalah melalui interaksi foton dan medan akustik internal untuk menghasilkan pergeseran frekuensi tertentu dari foton Stokes, dan terus diperkuat dalam lebar pita penguatan.

Gambar 8 menunjukkan diagram level konversi SBS dan struktur dasar laser Brillouin.

Karena frekuensi getaran medan akustik yang rendah, pergeseran frekuensi Brillouin material biasanya hanya 0,1-2 cm-1, jadi dengan laser 1064 nm sebagai cahaya pompa, panjang gelombang Stokes yang dihasilkan seringkali hanya sekitar 1064,01 nm, tetapi ini juga berarti bahwa efisiensi konversi kuantumnya sangat tinggi (hingga 99,99% secara teori). Selain itu, karena lebar garis penguatan Brillouin dari media biasanya hanya dalam orde MHZ-ghz (lebar garis penguatan Brillouin dari beberapa media padat hanya sekitar 10 MHz), itu jauh lebih kecil daripada lebar garis penguatan zat kerja laser yang orde 100 GHz, jadi, Stokes yang tereksitasi dalam laser Brillouin dapat menunjukkan fenomena penyempitan spektrum yang jelas setelah amplifikasi ganda dalam rongga, dan lebar garis keluarannya beberapa orde besaran lebih sempit daripada lebar garis pompa. Saat ini, laser Brillouin telah menjadi pusat penelitian di bidang fotonik, dan telah ada banyak laporan tentang urutan Hz dan sub-Hz dari keluaran lebar garis yang sangat sempit.

Dalam beberapa tahun terakhir, perangkat Brillouin dengan struktur pandu gelombang telah muncul di bidangfotonik gelombang mikro, dan berkembang pesat ke arah miniaturisasi, integrasi tinggi, dan resolusi yang lebih tinggi. Selain itu, laser Brillouin berbasis material kristal baru seperti berlian juga telah memasuki penglihatan manusia dalam dua tahun terakhir. Terobosan inovatifnya dalam kekuatan struktur pandu gelombang dan hambatan SBS kaskade, meningkatkan kekuatan laser Brillouin hingga magnitudo 10 W, meletakkan dasar untuk perluasan aplikasinya.
Persimpangan umum
Dengan eksplorasi pengetahuan mutakhir yang terus menerus, laser dengan lebar garis sempit telah menjadi alat yang sangat diperlukan dalam penelitian ilmiah dengan kinerjanya yang luar biasa, seperti interferometer laser LIGO untuk deteksi gelombang gravitasi, yang menggunakan lebar garis sempit frekuensi tunggal.laserdengan panjang gelombang 1064 nm sebagai sumber benih, dan lebar garis cahaya benih berada dalam rentang 5 kHz. Selain itu, laser dengan lebar sempit yang dapat disetel panjang gelombangnya dan tanpa lompatan mode juga menunjukkan potensi aplikasi yang besar, terutama dalam komunikasi koheren. Laser ini dapat memenuhi kebutuhan multiplexing pembagian panjang gelombang (WDM) atau multiplexing pembagian frekuensi (FDM) untuk penyetelan panjang gelombang (atau frekuensi) secara sempurna, dan diharapkan menjadi perangkat inti teknologi komunikasi seluler generasi mendatang.
Di masa depan, inovasi bahan laser dan teknologi pemrosesan akan semakin meningkatkan kompresi garis lebar laser, peningkatan stabilitas frekuensi, perluasan jangkauan panjang gelombang dan peningkatan daya, yang membuka jalan bagi penjelajahan manusia di dunia yang tidak dikenal.