Bugün, son derece dar hat genişliğine sahip "monokromatik" bir lazeri tanıtacağız. Geliştirilmesi, lazerin birçok uygulama alanındaki boşlukları dolduruyor ve son yıllarda yerçekimi dalgası algılama, LIDAR, dağıtılmış algılama, yüksek hızlı tutarlı optik iletişim ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılıyor. Bu, yalnızca lazer gücünü artırarak tamamlanamayacak bir "görev".
Dar hat genişliğine sahip lazer nedir?
"Çizgi genişliği" terimi, genellikle spektrumun yarı tepe tam genişliği (FWHM) cinsinden ölçülen, lazerin frekans alanındaki 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 genişliği değeri ne kadar küçükse, spektrumun saflığı o kadar yüksek, yani lazerin monokromatikliği o kadar iyidir. Bu 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 küçükse, son derece uzun bir koherans uzunluğu olarak ortaya çıkan ilgili koherans o kadar güçlüdür.
Dar hat genişliği lazerinin gerçekleştirilmesi ve uygulanması
Lazerin çalışma maddesinin doğal kazanç hat genişliğiyle sınırlı olması nedeniyle, dar hat genişliğine sahip lazerin çıktısını geleneksel osilatörün kendisine güvenerek doğrudan elde etmek neredeyse imkansızdır. Dar hat genişliğine sahip lazerin çalışmasını gerçekleştirmek için genellikle kazanç spektrumundaki boylamsal modülü sınırlamak veya seçmek, boylamsal modlar arasındaki net kazanç farkını artırmak ve böylece lazer rezonatöründe birkaç veya hatta tek bir boylamsal mod salınımı olmasını sağlamak için filtreler, kafesler ve diğer cihazlar kullanmak gerekir. Bu süreçte, genellikle gürültünün lazer çıktısı üzerindeki etkisini kontrol etmek ve dış ortamın titreşim ve sıcaklık değişimlerinden kaynaklanan spektral çizgilerin genişlemesini en aza indirmek gerekir; aynı zamanda, gürültünün kaynağını anlamak ve lazer tasarımını optimize etmek için faz veya frekans gürültü spektral yoğunluğunun analizi de kullanılabilir, böylece dar hat genişliğine sahip lazerin kararlı çıktısı elde edilebilir.
Birkaç farklı kategorideki lazerlerin dar hat genişliği operasyonunun gerçekleştirilmesine bir göz atalım.
Yarı iletken lazerler kompakt boyut, yüksek verimlilik, uzun ömür ve ekonomiklik gibi avantajlara sahiptir.
Geleneksel optik rezonatörde kullanılan Fabry-Perot (FP) optik rezonatörüyarı iletken lazerlergenellikle çoklu boylamsal modda salınır ve çıkış çizgi genişliği nispeten geniştir, bu nedenle dar çizgi genişliğinde çıkış elde etmek için optik geri beslemeyi artırmak gerekir.
Dağıtılmış Geri Besleme (DFB) ve Dağıtılmış Bragg Yansıması (DBR), iki tipik dahili optik geri beslemeli yarı iletken lazerdir. Küçük ızgara aralığı ve iyi dalga boyu seçiciliği sayesinde, 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 yapısı ve uç yüzeye entegre edilmiş kazanç bölgesinden oluşur. Ayrıca, DFB lazerler düşük kırılma indisi kontrastı ve düşük yansıtıcılık özelliğine sahip gömülü ızgaralar kullanır. DBR lazerler ise yüksek kırılma indisi kontrastı ve yüksek yansıtıcılık özelliğine sahip yüzey ızgaraları kullanır. Her iki yapı da geniş bir serbest spektral aralığa sahiptir ve birkaç nanometre aralığında mod atlaması olmadan dalga boyu ayarı yapabilir; DBR lazer ise daha geniş bir ayar aralığına sahiptir.DFB lazerAyrıca, yarı iletken lazer çipinin giden ışığını geri beslemek ve frekansı seçmek için harici optik elemanlar kullanan harici boşluk optik geri bildirim teknolojisi, yarı iletken lazerin dar hat genişliği çalışmasını da gerçekleştirebilir.
(2) Fiber lazerler
Fiber lazerler, lazer alanında en çok araştırılan konular olan yüksek pompa dönüşüm verimliliği, iyi ışın kalitesi ve yüksek kuplaj verimliliğine sahiptir. Bilgi çağı bağlamında, fiber lazerler piyasadaki mevcut optik fiber iletişim sistemleriyle iyi bir uyumluluğa sahiptir. Dar hat genişliği, düşük gürültü ve iyi tutarlılık avantajlarına sahip tek frekanslı fiber lazer, gelişiminin önemli yönlerinden biri haline gelmiştir.
Dar hat genişliği çıkışı elde etmek için tek uzunlamasına modlu çalışma, fiber lazerin temelini oluşturur. Tek frekanslı fiber lazerler genellikle rezonatör yapısına göre DFB tipi, DBR tipi ve halka tipi olarak sınıflandırılabilir. Bunlar arasında, DFB ve DBR tek frekanslı fiber lazerlerin çalışma prensibi, DFB ve DBR yarı iletken lazerlerin çalışma prensibine benzerdir.
Şekil 1'de görüldüğü gibi, DFB fiber lazer, fibere dağıtılmış Bragg ızgarası yazacaktır. Osilatörün çalışma dalga boyu fiber periyodundan etkilendiğinden, boylamsal mod, ızgaranın dağıtılmış geri beslemesi aracılığıyla seçilebilir. DBR lazerin lazer rezonatörü genellikle bir çift fiber Bragg ızgarasından oluşur ve tek boylamsal mod, çoğunlukla dar bantlı ve düşük yansıtıcılığa sahip fiber Bragg ızgaraları tarafından seçilir. Ancak, uzun rezonatörü, karmaşık yapısı ve etkili bir frekans ayrım mekanizmasının olmaması nedeniyle, halka şeklindeki boşluk mod atlamasına eğilimlidir ve uzun süre sabit boylamsal modda stabil bir şekilde çalışmak zordur.
Şekil 1, Tek frekanslı iki tipik doğrusal yapıfiber lazerler
Gönderim zamanı: 27 Kasım 2023