Teknologi Laser Linewidth Sempit Bagian Kedua

Teknologi Laser Linewidth Sempit Bagian Kedua

(3)Laser keadaan padat

Pada tahun 1960, laser rubi pertama di dunia adalah laser solid-state, yang ditandai dengan energi keluaran tinggi dan cakupan panjang gelombang yang lebih luas. Struktur spasial yang unik dari laser solid-state membuatnya lebih fleksibel dalam desain keluaran linewidth 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 volume Bragg dan metode injeksi benih.

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

Gambar 7(a) menunjukkan prinsip kerja pemilihan mode longitudinal tunggal berdasarkan standar FP dalam rongga, yaitu spektrum transmisi lebar garis sempit dari standar tersebut digunakan untuk meningkatkan hilangnya mode longitudinal lainnya, sehingga mode longitudinal lainnya disaring dalam proses kompetisi mode karena transmitansinya yang kecil, sehingga mencapai operasi mode longitudinal tunggal. Selain itu, rentang keluaran penyetelan panjang gelombang tertentu dapat diperoleh dengan mengontrol Sudut dan suhu standar FP dan mengubah interval mode longitudinal. ARA. Gambar 7(b) dan (c) menunjukkan osilator cincin non-planar (NPRO) dan metode rongga mode pendulum torsi yang digunakan untuk memperoleh keluaran mode longitudinal tunggal. Prinsip kerjanya adalah membuat sinar merambat dalam satu arah di resonator, secara efektif menghilangkan distribusi spasial yang tidak merata dari jumlah partikel terbalik dalam rongga gelombang berdiri biasa, dan dengan demikian menghindari pengaruh efek pembakaran lubang spasial untuk mencapai a keluaran mode memanjang tunggal. Prinsip pemilihan mode bulk Bragg grating (VBG) mirip dengan semikonduktor dan laser lebar garis sempit serat yang disebutkan sebelumnya, yaitu dengan menggunakan VBG sebagai elemen filter, berdasarkan selektivitas spektral dan selektivitas sudut 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 digabungkan sesuai dengan kebutuhan untuk meningkatkan akurasi pemilihan mode longitudinal, semakin 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 yang sempit, yang sulit dilakukanlaser semikonduktorDanlaser serat.

(4) Laser brilouin

Laser Brillouin didasarkan pada efek hamburan Brillouin terstimulasi (SBS) untuk mendapatkan kebisingan rendah, teknologi keluaran lebar garis sempit, prinsipnya adalah melalui foton dan interaksi medan akustik internal untuk menghasilkan pergeseran frekuensi tertentu dari foton Stokes, dan terus diperkuat di dalam mendapatkan bandwidth.

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, sehingga dengan laser 1064 nm sebagai lampu pompa, panjang gelombang Stokes yang dihasilkan seringkali hanya sekitar 1064,01 nm, tetapi ini juga berarti efisiensi konversi kuantumnya sangat tinggi (secara teori hingga 99,99%). Selain itu, karena lebar garis penguatan Brillouin pada medium biasanya hanya berada pada urutan MHZ-ghz (lebar garis penguatan Brillouin pada beberapa media padat hanya sekitar 10 MHz), maka lebar garis penguatan tersebut jauh lebih kecil daripada lebar garis penguatan zat yang bekerja dengan laser. sekitar 100 GHz, jadi, Stokes yang tereksitasi dalam laser Brillouin dapat menunjukkan fenomena penyempitan spektrum yang jelas setelah beberapa kali amplifikasi di dalam rongga, dan lebar saluran keluarannya beberapa kali lipat lebih sempit daripada lebar saluran pompa. Saat ini, laser Brillouin telah menjadi pusat penelitian di bidang fotonik, dan terdapat 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 lebih tinggi. Selain itu, laser Brillouin yang berjalan di luar angkasa berdasarkan bahan kristal baru seperti berlian juga telah memasuki pandangan masyarakat dalam dua tahun terakhir, terobosan inovatifnya dalam kekuatan struktur pandu gelombang dan hambatan kaskade SBS, kekuatan laser Brillouin hingga 10 W besarnya, meletakkan dasar untuk memperluas penerapannya.
Persimpangan umum
Dengan eksplorasi terus-menerus terhadap pengetahuan mutakhir, laser 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 tunggallaserdengan panjang gelombang 1064 nm sebagai sumber benih, dan lebar garis cahaya benih berada dalam 5 kHz. Selain itu, laser lebar sempit dengan panjang gelombang yang dapat disetel dan tanpa lompatan mode juga menunjukkan potensi penerapan yang besar, terutama dalam komunikasi koheren, yang dapat dengan sempurna memenuhi kebutuhan penggandaan pembagian panjang gelombang (WDM) atau penggandaan pembagian frekuensi (FDM) untuk panjang gelombang (atau frekuensi). ) tunabilitas, dan diharapkan menjadi perangkat inti teknologi komunikasi seluler generasi berikutnya.
Di masa depan, inovasi bahan laser dan teknologi pemrosesan akan semakin mendorong kompresi lebar garis laser, peningkatan stabilitas frekuensi, perluasan jangkauan panjang gelombang dan peningkatan daya, sehingga membuka jalan bagi eksplorasi manusia di dunia yang tidak diketahui.