Bugün, aşırı dar çizgi genişlikli lazere “tek renkli” lazeri tanıtacağız. Ortaya çıkışı lazerin birçok uygulama alanındaki boşlukları doldurmaktadır ve son yıllarda yerçekimsel dalga tespiti, liDAR, dağıtılmış algılama, yüksek hızlı tutarlı optik iletişim ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır ki bu da gerçekleştirilmesi mümkün olmayan bir "görev"dir. yalnızca lazer gücünün arttırılmasıyla tamamlanır.
Dar çizgi genişlikli lazer nedir?
"Çizgi genişliği" terimi, genellikle spektrumun yarı tepe tam genişliği (FWHM) cinsinden ölçülen, frekans alanındaki lazerin spektral çizgi genişliğini ifade eder. Çizgi genişliği esas olarak uyarılmış atomların veya iyonların kendiliğinden 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 monokromatikliği o kadar iyi olur. Bu tür özelliklere sahip lazerler genellikle çok az faz veya frekans gürültüsüne ve çok az bağıl yoğunluk gürültüsüne sahiptir. Aynı zamanda, lazerin doğrusal genişlik değeri ne kadar küçük olursa, son derece uzun bir tutarlılık uzunluğu olarak kendini gösteren karşılık gelen tutarlılık da o kadar güçlü olur.
Dar çizgi genişlikli lazerin gerçekleştirilmesi ve uygulanması
Lazerin çalışma maddesinin doğal kazanç çizgi genişliği ile sınırlı olduğundan, geleneksel osilatörün kendisine güvenerek dar çizgi genişlikli lazerin çıktısını doğrudan gerçekleştirmek neredeyse imkansızdır. Dar çizgi genişlikli lazerin çalışmasını gerçekleştirmek için, kazanç spektrumundaki boylamsal modülü sınırlamak veya seçmek için genellikle filtreler, ızgaralar ve diğer cihazların kullanılması, boylamsal modlar arasındaki net kazanç farkının arttırılması gerekir, böylece lazer rezonatöründe çok az veya hatta sadece bir uzunlamasına mod salınımı. Bu süreçte, gürültünün lazer çıkışı üzerindeki etkisini kontrol etmek ve dış ortamın titreşimi ve sıcaklık değişimlerinden kaynaklanan spektral çizgilerin genişlemesini en aza indirmek sıklıkla gereklidir; Aynı zamanda, dar hat genişlikli lazerin kararlı çıktısını elde etmek amacıyla, gürültünün kaynağını anlamak ve lazer tasarımını optimize etmek için faz veya frekans gürültüsü spektral yoğunluğunun analizi ile de birleştirilebilir.
Birkaç farklı lazer kategorisinin dar çizgi genişliğinde çalışmasının gerçekleştirilmesine bir göz atalım.
Yarı iletken lazerler kompakt boyut, yüksek verimlilik, uzun ömür ve ekonomik avantajlar gibi avantajlara sahiptir.
Geleneksel olarak kullanılan Fabry-Perot (FP) optik rezonatörüyarı iletken lazerlergenellikle çoklu boylamsal modda salınır ve çıkış hattı genişliği nispeten geniştir, bu nedenle dar hat genişliğinde çıkış elde etmek için optik geri bildirimi arttırmak gerekir.
Dağıtılmış geri besleme (DFB) ve Dağıtılmış Bragg yansıması (DBR), iki tipik dahili optik geri besleme yarı iletken lazeridir. Küçük ızgara aralığı ve iyi dalga boyu seçiciliği nedeniyle, kararlı tek frekanslı dar hat 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 buna entegre edilmiş kazanç bölgesinden oluşur. son yüzey. Ayrıca DFB lazerler, düşük kırılma indisi kontrastına ve düşük yansıtma özelliğine sahip gömülü ızgaralar kullanır. DBR lazerler, yüksek kırılma indisi kontrastına ve yüksek yansıtma özelliğine sahip yüzey ızgaralarını kullanır. Her iki yapı da geniş bir serbest spektral aralığa sahiptir ve DBR lazerinin daha geniş bir ayar aralığına sahip olduğu birkaç nanometre aralığında mod atlama olmadan dalga boyu ayarlaması gerçekleştirebilir.DFB lazer. Ek olarak, yarı iletken lazer çipinin giden ışığını geri beslemek ve frekansı seçmek için harici optik elemanları kullanan harici boşluklu optik geri besleme teknolojisi, yarı iletken lazerin dar hat genişliği çalışmasını da gerçekleştirebilir.
(2) Fiber lazerler
Fiber lazerler, lazer alanında sıcak araştırma konuları olan yüksek pompa dönüşüm verimliliğine, iyi ışın kalitesine ve yüksek birleştirme verimliliğine sahiptir. Bilgi çağı bağlamında fiber lazerler, piyasadaki mevcut fiber optik iletişim sistemleriyle iyi bir uyuma sahiptir. Dar çizgi genişliği, düşük gürültü ve iyi tutarlılık avantajlarına sahip tek frekanslı fiber lazer, gelişiminin önemli yönlerinden biri haline geldi.
Tek uzunlamasına mod işlemi, dar çizgi genişliği çıkışı elde etmek için fiber lazerin çekirdeğidir, genellikle tek frekanslı fiber lazerin rezonatörünün yapısına göre DFB tipi, DBR tipi ve halka tipine ayrılabilir. Bunlar arasında DFB ve DBR tek frekanslı fiber lazerlerin çalışma prensibi, DFB ve DBR yarı iletken lazerlerin çalışma prensibine benzer.
Şekil 1'de gösterildiği gibi, DFB fiber lazer, fiberin içine dağıtılmış Bragg ızgarasını yazacaktır. Osilatörün çalışma dalga boyu fiber periyodundan etkilendiğinden, ızgaranın dağıtılmış geri bildirimi yoluyla uzunlamasına mod seçilebilir. DBR lazerin lazer rezonatörü genellikle bir çift fiber Bragg ızgarasından oluşur ve tek uzunlamasına mod esas olarak dar bant ve düşük yansıtıcılığa sahip fiber Bragg ızgaralarından seçilir. Bununla birlikte, uzun rezonatörü, karmaşık yapısı ve etkili frekans ayırma mekanizmasının bulunmaması nedeniyle halka şeklindeki boşluk, mod atlamaya eğilimlidir ve uzun süre sabit boylamsal modda stabil olarak çalışmak zordur.
Şekil 1, Tek frekansın iki tipik doğrusal yapısıfiber lazerler
Gönderim zamanı: 27 Kasım 2023