Tehnologija laserske tehnologije z ozko širino črt, drugi del

Tehnologija laserske tehnologije z ozko širino črt, drugi del

(3)Trdni laser

Leta 1960 je bil prvi rubinski laser na svetu trdnostni laser, za katerega je bila značilna visoka izhodna energija in širši valovni obseg. Zaradi edinstvene prostorske strukture trdnostnega laserja je bolj prilagodljiv pri zasnovi ozke širine izhodne črte. Trenutno so glavne uporabljene metode metoda kratke votline, metoda enosmerne obročaste votline, metoda standardne votline znotraj votline, metoda torzijskega nihalnega načina votline, metoda volumske Braggove rešetke in metoda vbrizgavanja semen.

Slika 7 prikazuje strukturo več tipičnih enomodnih trdnih laserjev.

Slika 7(a) prikazuje princip delovanja izbire enega vzdolžnega moda na podlagi standarda FP v votlini, to pomeni, da se ozek spekter prenosa širine črte standarda uporablja za povečanje izgube drugih vzdolžnih modov, tako da se drugi vzdolžni modovi zaradi svoje majhne prepustnosti izločijo v procesu tekmovanja modov, da se doseže delovanje enega vzdolžnega moda. Poleg tega je mogoče doseči določen razpon nastavitve valovne dolžine z nadzorom kota in temperature standarda FP ter spreminjanjem intervala vzdolžnega moda. Slika 7(b) in (c) prikazujeta metodo neplanarnega obročnega oscilatorja (NPRO) in metodo votline s torzijsko nihalno votlino, ki se uporabljata za pridobitev izhoda enega vzdolžnega moda. Načelo delovanja je, da se žarek širi v eno smer v resonatorju, učinkovito odpravi neenakomerna prostorska porazdelitev števila obrnjenih delcev v običajni votlini stoječega vala in se s tem izogne ​​vplivu učinka prostorskega žarjenja lukenj, da se doseže izhod enega vzdolžnega moda. Načelo izbire modov z Braggovo rešetko (VBG) je podobno kot pri prej omenjenih polprevodniških in vlakenskih laserjih z ozko širino črte, to pomeni, da z uporabo VBG kot filtrirnega elementa, ki temelji na njegovi dobri spektralni selektivnosti in kotni selektivnosti, oscilator niha pri določeni valovni dolžini ali pasu, da doseže vlogo vzdolžne izbire modov, kot je prikazano na sliki 7(d).
Hkrati je mogoče kombinirati več metod izbire vzdolžnega načina glede na potrebe za izboljšanje natančnosti izbire vzdolžnega načina, dodatno zoženje širine črte ali povečanje intenzivnosti tekmovanja med načini z uvedbo nelinearne frekvenčne transformacije in drugih sredstev ter razširitev izhodne valovne dolžine laserja med delovanjem v ozki širini črte, kar je težko storiti zapolprevodniški laserinvlakenski laserji.

(4) Brillouinov laser

Brillouinov laser temelji na stimuliranem Brillouinovem sipanju (SBS) za doseganje tehnologije z nizkim šumom in ozko širino izhodne črte. Njegovo načelo je, da s pomočjo interakcije fotona in notranjega akustičnega polja ustvari določen frekvenčni premik Stokesovih fotonov in se nenehno ojača znotraj pasovne širine ojačanja.

Slika 8 prikazuje diagram nivojev SBS pretvorbe in osnovno strukturo Brillouinovega laserja.

Zaradi nizke frekvence vibracij akustičnega polja je Brillouinov frekvenčni premik materiala običajno le 0,1–2 cm⁻¹, zato je pri laserju z valovno dolžino 1064 nm kot črpalni svetlobi Stokesova valovna dolžina pogosto le približno 1064,01 nm, kar pomeni tudi, da je njegova kvantna pretvorbena učinkovitost izjemno visoka (teoretično do 99,99 %). Poleg tega je širina Brillouinove ojačitvene črte medija običajno le reda MHz-GHz (širina Brillouinove ojačitvene črte nekaterih trdnih medijev je le približno 10 MHz), kar je veliko manjša od širine ojačitvene črte laserske delovne snovi reda 100 GHz, zato lahko Stokes, vzbujen v Brillouinovem laserju, po večkratnem ojačanju v votlini kaže očiten pojav zoženja spektra, njegova izhodna širina črte pa je za nekaj velikostnih razredov ožja od širine črpalne črte. Trenutno je Brillouinov laser postal raziskovalna vroča točka na področju fotonike, objavljenih pa je bilo veliko poročil o Hz in subHz redu izjemno ozke širine črte.

V zadnjih letih so se na področjumikrovalovna fotonika, in se hitro razvijajo v smeri miniaturizacije, visoke integracije in višje ločljivosti. Poleg tega je v zadnjih dveh letih v ospredje ljudi prišel tudi vesoljski Brillouinov laser, ki temelji na novih kristalnih materialih, kot je diamant, njegov inovativni preboj v moči valovodne strukture in kaskadnem ozkem grlu SBS, moč Brillouinovega laserja na magnitudo 10 W, kar je postavilo temelje za širitev njegove uporabe.
Splošno križišče
Z nenehnim raziskovanjem najsodobnejšega znanja so laserji z ozko širino črte postali nepogrešljivo orodje v znanstvenih raziskavah s svojo odlično zmogljivostjo, kot je na primer laserski interferometer LIGO za zaznavanje gravitacijskih valov, ki uporablja enofrekvenčni laser z ozko širino črte.laserz valovno dolžino 1064 nm kot izvorom semena, širina črte semenske svetlobe pa je znotraj 5 kHz. Poleg tega laserji z ozko širino z nastavljivo valovno dolžino in brez preskoka načina kažejo velik potencial uporabe, zlasti v koherentnih komunikacijah, ki lahko popolnoma zadovoljijo potrebe multipleksiranja z valovno delitvijo (WDM) ali multipleksiranja z frekvenčno delitvijo (FDM) za nastavljivost valovne dolžine (ali frekvence) in naj bi postali osrednja naprava naslednje generacije mobilne komunikacijske tehnologije.
V prihodnosti bodo inovacije laserskih materialov in tehnologije obdelave še dodatno spodbudile stiskanje širine laserske črte, izboljšanje frekvenčne stabilnosti, širitev valovnega območja in izboljšanje moči, kar bo utrlo pot človeškemu raziskovanju neznanega sveta.