Hoxe, introduciremos un láser "monocromático" ao extremo - estreito láser de ancho de liña. A súa emerxencia enche as lagoas en moitos campos de aplicación de láser, e nos últimos anos foi moi utilizada na detección de ondas gravitacionais, lidar, detección distribuída, comunicación óptica coherente de alta velocidade e outros campos, que é unha "misión" que non se pode completar só mellorando o poder láser.
Que é un estreito láser de ancho de liña?
O termo "ancho da liña" refírese ao ancho da liña espectral do láser no dominio de frecuencia, que normalmente se cuantifica en termos do ancho medio do espectro (FWHM). O ancho de liña está afectado principalmente pola radiación espontánea de átomos ou ións excitados, ruído de fase, vibración mecánica do resonador, tremendo de temperatura e outros factores externos. Canto menor sexa o valor do ancho da liña, maior será a pureza do espectro, é dicir, mellor será a monocromaticidade do láser. Os láseres con tales características normalmente teñen moi pouca fase ou ruído de frecuencia e moi pouco ruído de intensidade relativa. Ao mesmo tempo, canto menor sexa o valor de ancho lineal do láser, canto máis forte sexa a coherencia correspondente, que se manifesta como unha lonxitude de coherencia extremadamente longa.
Realización e aplicación de láser de ancho de liña estreito
Limitado polo ancho de liña de ganancia inherente da sustancia de traballo do láser, é case imposible realizar directamente a saída do estreito láser de ancho de liña confiando no propio oscilador tradicional. Para realizar o funcionamento dun láser de ancho de liña estreito, normalmente é necesario empregar filtros, reixa e outros dispositivos para limitar ou seleccionar o módulo lonxitudinal no espectro de ganancia, aumentar a diferenza de ganancia neta entre os modos lonxitudinais, de xeito que hai algúns ou incluso unha oscilación de modo lonxitudinal no resonador de laser. Neste proceso, a miúdo é necesario controlar a influencia do ruído na saída do láser e minimizar a ampliación de liñas espectrais causadas pola vibración e os cambios de temperatura do ambiente externo; Ao mesmo tempo, tamén se pode combinar coa análise da densidade espectral de ruído de fase ou frecuencia para comprender a fonte de ruído e optimizar o deseño do láser, para conseguir unha saída estable do láser de ancho de liña estreito.
Vexamos a realización dunha estreita operación de ancho de liña de varias categorías diferentes de láseres.
Os láseres de semiconductores teñen as vantaxes do tamaño compacto, a alta eficiencia, a longa vida e os beneficios económicos.
O resonador óptico Fabry-Perot (FP) usado no tradicionalLáseres de semiconductoresXeralmente oscila en modo multi-lonxitudinal, e o ancho da liña de saída é relativamente amplo, polo que é necesario aumentar a retroalimentación óptica para obter a saída de ancho de liña estreita.
A retroalimentación distribuída (DFB) e a reflexión Bragg distribuída (DBR) son dous láseres de semiconductor de retroalimentación óptica típica. Debido ao pequeno paso de reixa e unha boa selectividade da lonxitude de onda, é fácil conseguir unha saída de ancho de liña estreita de frecuencia única estable. A principal diferenza entre as dúas estruturas é a posición da reixa: a estrutura de DFB normalmente distribúe a estrutura periódica do reixa de Bragg por todo o resonador, e o resonador da DBR normalmente está composto pola estrutura de reixa de reflexión e a rexión de ganancia integrada na superficie final. Ademais, os láseres DFB usan reixas incrustadas con baixo contraste de índice de refracción e baixa reflectividade. Os láseres DBR usan reixas superficiais con alto contraste de índice de refracción e alta reflectividade. Ambas as estruturas teñen un gran rango espectral gratuíto e poden realizar a afinación de lonxitude de onda sen saltar o modo no rango de poucos nanómetros, onde o láser DBR ten un rango de afinación máis amplo que oLáser DFB. Ademais, a tecnoloxía de retroalimentación óptica da cavidade externa, que usa elementos ópticos externos para retroalimentar a luz saínte do chip láser semiconductor e seleccionar a frecuencia, tamén pode realizar o estreito funcionamento de ancho de liña do láser semiconductor.
(2) Láseres de fibra
Os láseres de fibra teñen alta eficiencia de conversión de bombas, boa calidade de feixe e alta eficiencia de acoplamiento, que son os temas de investigación en calor no campo láser. No contexto da era da información, os láseres de fibra teñen unha boa compatibilidade cos sistemas actuais de comunicación de fibras ópticas no mercado. O láser de fibra dunha única frecuencia coas vantaxes do ancho de liña estreita, o baixo ruído e a boa coherencia converteuse nunha das direccións importantes do seu desenvolvemento.
O funcionamento dun modo lonxitudinal único é o núcleo do láser de fibra para conseguir unha saída de ancho de liña estreita, normalmente segundo a estrutura do resonador do láser de fibra de frecuencia única pódese dividir en tipo DFB, tipo DBR e tipo de anel. Entre eles, o principio de traballo dos láseres de fibra de un só frecuencia de DFB e DBR é similar ao dos láseres semiconductores DFB e DBR.
Como se mostra na figura 1, o láser de fibra DFB é escribir un rejujo distribuído na fibra. Debido a que a lonxitude de onda de traballo do oscilador está afectada polo período de fibra, o modo lonxitudinal pódese seleccionar mediante a retroalimentación distribuída da reixa. O resonador láser do láser DBR normalmente está formado por un par de reixas de fibra Bragg, e o modo lonxitudinal único é seleccionado principalmente por unha banda estreita e unha baixa reflectividade de fibra Bragg. Non obstante, debido ao seu longo resonador, á estrutura complexa e á falta de mecanismo de discriminación de frecuencia efectiva, a cavidade en forma de anel é propensa a saltar en modo, e é difícil traballar de forma estable en modo lonxitudinal constante durante moito tempo.
Figura 1, dúas estruturas lineais típicas de frecuencia únicaLáseres de fibra
Tempo de publicación: novembro-27-2023