Dar Çizgi Genişliğine Sahip Lazer Teknolojisi, İkinci Bölüm
1960 yılında, dünyanın ilk yakut lazeri, yüksek çıkış enerjisi ve daha geniş dalga boyu aralığı ile karakterize edilen katı hal lazeriydi. Katı hal lazerinin benzersiz uzamsal yapısı, dar çizgi genişliğine sahip çıkış tasarımında daha fazla esneklik sağlar. Şu anda uygulanan başlıca yöntemler arasında kısa boşluk yöntemi, tek yönlü halka boşluk yöntemi, boşluk içi standart yöntem, burulma sarkaç modu boşluk yöntemi, hacimsel Bragg ızgara yöntemi ve tohum enjeksiyon yöntemi yer almaktadır.
Şekil 7, birkaç tipik tek uzunlamasına modlu katı hal lazerinin yapısını göstermektedir.
Şekil 7(a), boşluk içi FP standardına dayalı tek uzunlamasına mod seçiminin çalışma prensibini göstermektedir; yani, standardın dar bant genişliği iletim spektrumu, diğer uzunlamasına modların kaybını artırmak için kullanılır, böylece diğer uzunlamasına modlar, küçük geçirgenlikleri nedeniyle mod rekabeti sürecinde filtrelenir ve böylece tek uzunlamasına mod çalışması elde edilir. Ek olarak, FP standardının açısını ve sıcaklığını kontrol ederek ve uzunlamasına mod aralığını değiştirerek belirli bir dalga boyu ayar aralığı çıkışı elde edilebilir. Şekil 7(b) ve (c), tek uzunlamasına mod çıkışı elde etmek için kullanılan düzlemsel olmayan halka osilatörünü (NPRO) ve burulma sarkaç modu boşluk yöntemini göstermektedir. Çalışma prensibi, ışının rezonatörde tek bir yönde yayılmasını sağlamak, sıradan duran dalga boşluğundaki ters çevrilmiş parçacık sayısının düzensiz uzamsal dağılımını etkili bir şekilde ortadan kaldırmak ve böylece uzamsal delik yanma etkisinin etkisinden kaçınarak tek uzunlamasına mod çıkışı elde etmektir. Yığın Bragg ızgarasının (VBG) mod seçiminin prensibi, daha önce bahsedilen yarı iletken ve fiber dar hat genişliğine sahip lazerlerinkine benzerdir; yani, VBG'yi filtre elemanı olarak kullanarak, iyi spektral seçiciliğine ve açısal seçiciliğine dayanarak, osilatör belirli bir dalga boyunda veya bantta salınım yaparak boylamsal mod seçimi rolünü gerçekleştirir, Şekil 7(d)'de gösterildiği gibi.
Aynı zamanda, ihtiyaçlara göre çeşitli boylamsal mod seçim yöntemleri birleştirilerek boylamsal mod seçim doğruluğu artırılabilir, çizgi genişliği daha da daraltılabilir veya doğrusal olmayan frekans dönüşümü ve diğer yöntemler kullanılarak mod rekabet yoğunluğu artırılabilir ve dar bir çizgi genişliğinde çalışırken lazerin çıkış dalga boyu genişletilebilir; bu da diğer yöntemler için zordur.yarı iletken lazerVefiber lazerler.
(4) Brillouin lazeri
Brillouin lazeri, düşük gürültü ve dar bant genişliğine sahip çıkış elde etmek için uyarılmış Brillouin saçılması (SBS) etkisine dayanır; prensibi, foton ve iç akustik alan etkileşimi yoluyla belirli bir frekans kaymasına sahip Stokes fotonları üretmek ve bunları kazanç bant genişliği içinde sürekli olarak yükseltmektir.
Şekil 8, SBS dönüşümünün seviye diyagramını ve Brillouin lazerinin temel yapısını göstermektedir.
Akustik alanın düşük titreşim frekansı nedeniyle, malzemenin Brillouin frekans kayması genellikle sadece 0,1-2 cm-1'dir; bu nedenle, pompa ışığı olarak 1064 nm lazer kullanıldığında, üretilen Stokes dalga boyu genellikle sadece yaklaşık 1064,01 nm'dir, ancak bu aynı zamanda kuantum dönüşüm verimliliğinin son derece yüksek olduğu anlamına gelir (teoride %99,99'a kadar). Ek olarak, ortamın Brillouin kazanç çizgi genişliği genellikle sadece MHz-GHz mertebesinde olduğundan (bazı katı ortamların Brillouin kazanç çizgi genişliği sadece yaklaşık 10 MHz'dir), lazer çalışma maddesinin 100 GHz mertebesindeki kazanç çizgi genişliğinden çok daha azdır; bu nedenle, Brillouin lazerinde uyarılan Stokes, boşlukta çoklu yükseltmeden sonra belirgin bir spektrum daralması fenomeni gösterebilir ve çıkış çizgi genişliği, pompa çizgi genişliğinden birkaç mertebe daha dardır. Şu anda Brillouin lazeri, fotonik alanında bir araştırma odağı haline gelmiştir ve Hz ve alt Hz mertebesinde son derece dar çizgi genişliğine sahip çıkışlar hakkında birçok rapor yayınlanmıştır.
Son yıllarda, dalga kılavuzu yapısına sahip Brillouin cihazları alanında öne çıkmıştır.mikrodalga fotoniğive minyatürleştirme, yüksek entegrasyon ve daha yüksek çözünürlük yönünde hızla gelişiyorlar. Buna ek olarak, elmas gibi yeni kristal malzemelere dayalı uzayda çalışan Brillouin lazeri de son iki yılda insanların dikkatini çekti; dalga kılavuzu yapısının gücü ve kademeli SBS darboğazındaki yenilikçi atılımı sayesinde Brillouin lazerinin gücü 10 W mertebesine ulaştı ve uygulama alanının genişletilmesinin temelini attı.
Genel kavşak
En ileri düzeydeki bilgilerin sürekli olarak araştırılmasıyla birlikte, dar bant genişliğine sahip lazerler, mükemmel performansları sayesinde bilimsel araştırmalarda vazgeçilmez bir araç haline gelmiştir. Örneğin, yerçekimi dalgalarını tespit etmek için kullanılan LIGO lazer interferometresi, tek frekanslı dar bant genişliğine sahip bir lazer kullanmaktadır.lazerTohum kaynağı olarak 1064 nm dalga boyuna sahip ve tohum ışığının çizgi genişliği 5 kHz içinde olan dar bantlı lazerler, özellikle dalga boyu ayarlanabilir ve mod atlaması olmayan, tutarlı iletişimde büyük uygulama potansiyeli göstermektedir. Dalga boyu (veya frekans) ayarlanabilirliği için dalga boyu bölmeli çoğullama (WDM) veya frekans bölmeli çoğullama (FDM) ihtiyaçlarını mükemmel bir şekilde karşılayabilen bu lazerlerin, yeni nesil mobil iletişim teknolojisinin temel cihazı olması beklenmektedir.
Gelecekte, lazer malzemeleri ve işleme teknolojisindeki yenilikler, lazer çizgi genişliğinin sıkıştırılmasını, frekans kararlılığının iyileştirilmesini, dalga boyu aralığının genişletilmesini ve gücün artırılmasını daha da teşvik ederek, insanlığın bilinmeyen dünyayı keşfetmesinin yolunu açacaktır.
Yayın tarihi: 29 Kasım 2023