Bugün, aşırı dar hat genişliğine sahip bir "monokromatik" lazeri tanıtacağız. Ortaya çıkışı, lazerin birçok uygulama alanındaki boşlukları dolduruyor ve son yıllarda, yalnızca lazer gücünü geliştirerek tamamlanamayan bir "görev" olan kütle çekim dalgası algılama, liDAR, dağıtılmış algılama, yüksek hızlı tutarlı optik iletişim ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılıyor.
Dar hat genişliğine sahip lazer nedir?
"Çizgi genişliği" terimi, genellikle spektrumun yarı tepe tam genişliği (FWHM) açısından 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 titremesinden ve diğer dış faktörlerden etkilenir. Çizgi genişliğinin değeri ne kadar küçükse, 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 göreli yoğunluk gürültüsüne sahiptir. Aynı zamanda, lazerin doğrusal genişlik değeri ne kadar küçükse, son derece uzun bir koherans uzunluğu olarak ortaya çıkan karşılık gelen koherans o kadar güçlüdür.
Dar hat genişliği lazerinin gerçekleştirilmesi ve uygulanması
Lazerin çalışma maddesinin doğal kazanç hat genişliğiyle sınırlı olması nedeniyle, dar hat genişliği lazerinin çıktısını geleneksel osilatörün kendisine güvenerek doğrudan gerçekleştirmek neredeyse imkansızdır. Dar hat genişliği lazerinin çalışmasını gerçekleştirmek için, genellikle kazanç spektrumunda uzunlamasına modülü sınırlamak veya seçmek, uzunlamasına modlar arasındaki net kazanç farkını artırmak için filtreler, kafes ve diğer cihazlar kullanmak gerekir, böylece lazer rezonatöründe birkaç veya hatta yalnızca bir uzunlamasına mod salınımı olur. 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 lazerin tasarımını optimize etmek için faz veya frekans gürültü spektral yoğunluğunun analizi ile birleştirilebilir, böylece dar hat genişliği lazerinin kararlı çıktısı elde edilebilir.
Birkaç farklı kategorideki lazerlerin dar hat genişliğindeki operasyonlarının 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 besleme yarı iletken lazerdir. Küçük kafes aralığı ve iyi dalga boyu seçiciliği sayesinde, kararlı tek frekanslı dar hat genişliği çıkışı elde etmek kolaydır. İki yapı arasındaki temel fark, kafesin konumudur: DFB yapısı genellikle Bragg kafesinin periyodik yapısını rezonatör boyunca dağıtır ve DBR'nin rezonatörü genellikle yansıma kafes yapısından ve uç yüzeye entegre edilmiş kazanç bölgesinden oluşur. Ek olarak, DFB lazerler düşük kırılma indisi kontrastı ve düşük yansıtıcılık ile gömülü kafesler kullanır. DBR lazerler yüksek kırılma indisi kontrastı ve yüksek yansıtıcılık ile yüzey kafesleri kullanır. Her iki yapı da geniş bir serbest spektral aralığa sahiptir ve birkaç nanometre aralığında mod atlaması olmadan dalga boyu ayarlaması yapabilir, burada DBR lazeri,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 işlemini de gerçekleştirebilir.
(2) Fiber lazerler
Fiber lazerler, lazer alanındaki sıcak araştırma konuları olan yüksek pompa dönüşüm verimliliğine, iyi ışın kalitesine ve yüksek kuplaj verimliliğine sahiptir. Bilgi çağı bağlamında, fiber lazerler piyasadaki mevcut optik fiber iletişim sistemleriyle iyi uyumluluğa sahiptir. Dar hat genişliği, düşük gürültü ve iyi tutarlılık avantajlarına sahip tek frekanslı fiber lazer, gelişiminin önemli yönlerinden biri haline gelmiştir.
Tek uzunlamasına mod çalışması, dar hat genişliği çıkışı elde etmek için fiber lazerin çekirdeğidir, genellikle tek frekanslı fiber lazerin rezonatörünün yapısına göre DFB tipi, DBR tipi ve halka tipi olarak ayrılabilir. Bunlar arasında, DFB ve DBR tek frekanslı fiber lazerlerin çalışma prensibi, DFB ve DBR yarı iletken lazerlerinkine benzerdir.
Şekil 1'de gösterildiği gibi, DFB fiber lazer, fibere dağıtılmış Bragg ızgarası yazmaktır. Osilatörün çalışma dalga boyu fiber periyodundan etkilendiğinden, boylamsal mod, ızgaranın dağıtılmış geri bildirimi aracılığıyla seçilebilir. DBR lazerin lazer rezonatörü genellikle bir çift fiber Bragg ızgarasından oluşur ve tek boylamsal mod esas olarak dar bantlı ve düşük yansıtıcılığa sahip fiber Bragg ızgaraları tarafından seçilir. Ancak, uzun rezonatörü, karmaşık yapısı ve etkili frekans ayrım mekanizmasının olmaması nedeniyle, halka şeklindeki boşluk mod atlamaya eğilimlidir ve uzun süre sabit boylamsal modda stabil bir şekilde çalışmak zordur.
Şekil 1, Tek frekanslı iki tipik doğrusal yapıfiber lazerler
Yayınlanma zamanı: 27-Kas-2023