Bugün, aşırı dar çizgi genişliği lazerine “tek renkli” bir lazer sunacağız. Ortaya çıkması, lazerin birçok uygulama alanındaki boşlukları doldurur ve son yıllarda yerçekimi dalgası tespiti, lidar, dağıtılmış algılama, yüksek hızlı tutarlı optik iletişim ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır, bu da sadece lazer gücünü geliştirerek tamamlanamayan bir “görev” olan diğer alanlardır.
Dar bir çizgi genişliği lazeri nedir?
“Çizgi genişliği” terimi, frekans alanındaki lazerin spektral çizgi genişliğini ifade eder, bu da genellikle spektrumun (FWHM) yarım tepe genişliği açısından ölçülür. Çizgi genişliği esas olarak heyecanlı atomların veya iyonların spontan radyasyonundan, faz gürültüsünden, rezonatörün mekanik titreşiminden, sıcaklık titreşiminden ve diğer dış faktörlerden etkilenir. Çizgi genişliğinin değeri ne kadar küçük olursa, spektrumun saflığı o kadar yüksek olur, yani lazerin tek renkli. Bu tür özelliklere sahip lazerler genellikle çok az faz veya frekans gürültüsü ve çok az nispi yoğunluk gürültüsü vardır. Aynı zamanda, lazerin doğrusal genişlik değeri ne kadar küçük olursa, son derece uzun bir tutarlılık uzunluğu olarak ortaya çıkan karşılık gelen tutarlılık o kadar güçlü olur.
Dar hat genişliği lazerin gerçekleştirilmesi ve uygulanması
Lazerin çalışma maddesinin doğal kazanç çizgisi genişliği ile sınırlı olarak, geleneksel osilatörün kendisine dayanarak dar çizgi genişliği lazerin çıkışını doğrudan gerçekleştirmek neredeyse imkansızdır. Dar çizgi genişliği lazerin çalışmasını gerçekleştirmek için, kazanç spektrumunda uzunlamasına modülü sınırlamak veya seçmek için filtreler, ızgara ve diğer cihazların kullanılması, uzunlamasına modlar arasındaki net kazanç farkını arttırmak gerekir, böylece lazer rezonatöründe birkaç veya sadece bir boylamsal mod salınımı vardır. Bu işlemde, gürültünün lazer çıkışı üzerindeki etkisini kontrol etmek ve dış ortamın titreşim ve sıcaklık değişikliklerinin neden olduğu spektral çizgilerin genişlemesini en aza indirmek gerekir; Aynı zamanda, dar çizgi genişliği lazerinin kararlı çıkışını elde etmek için gürültü kaynağını anlamak ve lazerin tasarımını optimize etmek için faz veya frekans gürültü spektral yoğunluğunun analizi ile de birleştirilebilir.
Birkaç farklı lazer kategorisinin dar çizgi genişliği işleminin gerçekleştirilmesine bir göz atalım.
Yarı iletken lazerler kompakt boyut, yüksek verimlilik, uzun ömür ve ekonomik faydaların avantajlarına sahiptir.
Geleneksel olarak kullanılan Fabry-Perot (FP) optik rezonatöryarı iletken lazerlerGenellikle çok uzunlamalı modda salınır ve çıkış çizgisi genişliği nispeten geniştir, bu nedenle dar çizgi genişliğinin çıkışını elde etmek için optik geri bildirimi arttırmak gerekir.
Dağıtılmış geri bildirim (DFB) ve dağıtılmış Bragg yansıması (DBR) iki tipik dahili optik geri bildirim yarı iletken lazerlerdir. Küçük ızgara perdesi ve iyi dalga boyu seçiciliği nedeniyle, kararlı tek frekanslı dar çizgi genişliği çıkışı elde etmek kolaydır. İki yapı arasındaki temel fark ızgaranın konumudur: DFB yapısı genellikle Bragg ızgarasının periyodik yapısını rezonatör boyunca dağıtır ve DBR'nin rezonatörü genellikle yansıma ızgarası yapısından ve uç yüzeyine entegre olan kazanç bölgesinden oluşur. Buna ek olarak, DFB lazerleri düşük kırılma indisi kontrastlı ve düşük yansıtma ile gömülü ızgaralar kullanır. DBR lazerleri, yüksek kırılma indisi kontrastlı ve yüksek yansıtma ile yüzey ızgaraları kullanır. Her iki yapı da büyük bir serbest spektral aralığa sahiptir ve birkaç nanometre aralığında mod atlama olmadan dalga boyu ayarını gerçekleştirebilir, burada DBR lazerinin daha geniş bir ayar aralığına sahipDFB lazer. Ek olarak, yarı iletken lazer çipinin giden ışığını geri bildirmek ve frekansı seçmek için harici optik elemanları kullanan harici boşluk optik geri besleme teknolojisi, yarı iletken lazerin dar çizgi genişliği işlemini de gerçekleştirebilir.
(2) Fiber lazerler
Fiber lazerler, lazer alanındaki sıcak araştırma konuları olan yüksek pompa dönüşüm verimliliğine, iyi ışın kalitesi ve yüksek bağlantı verimliliğine sahiptir. Bilgi Çağı bağlamında, fiber lazerler piyasadaki mevcut optik fiber iletişim sistemleri ile iyi uyumluluğa sahiptir. Dar çizgi genişliği, düşük gürültü ve iyi tutarlılığın avantajlarına sahip tek frekanslı fiber lazer, gelişiminin önemli yönlerinden biri haline gelmiştir.
Tek boyuna mod çalışması, genellikle tek frekanslı fiber lazer rezonatörünün yapısına göre, DFB tipi, DBR tipi ve halka tipine bölünebilir. Bunlar arasında, DFB ve DBR tek frekanslı fiber lazerlerin çalışma prensibi DFB ve DBR yarı iletken lazerlerinkine benzer.
Şekil 1'de gösterildiği gibi, DFB fiber lazer fibere dağıtılmış Bragg ızgarasını yazmaktır. Osilatörün çalışma dalga boyu fiber periyodundan etkilendiğinden, uzunlamasına mod ızgaranın dağıtılmış geri bildirimi ile seçilebilir. DBR lazerin lazer rezonatörü genellikle bir çift fiber Bragg ızgaraları tarafından oluşturulur ve tek uzunlamasına mod esas olarak dar bant ve düşük yansıtıcı fiber Bragg ızgaraları ile seçilir. Bununla birlikte, uzun rezonatörü, karmaşık yapısı ve etkili frekans ayrımcılığı mekanizması eksikliği nedeniyle, halka şeklindeki boşluk mod atlamaya eğilimlidir ve uzun süre sabit uzunlamasına modda stabil bir şekilde çalışmak zordur.
Şekil 1, tek frekanslı iki tipik doğrusal yapıfiber lazerler
Gönderme Zamanı:-27-2023 Kasım