Segunda parte da tecnoloxía láser de ancho de liña estreita
En 1960, o primeiro láser de rubí do mundo foi un láser de estado sólido, caracterizado por unha alta enerxía de saída e unha cobertura de lonxitude de onda máis ampla. A estrutura espacial única do láser de estado sólido faino máis flexible no deseño de saída de liña estreita. Actualmente, os principais métodos implementados inclúen o método de cavidade curta, o método de cavidade de anel unidireccional, o método estándar intracavidade, o método de cavidade en modo de péndulo de torsión, o método de reixa de Bragg de volume e o método de inxección de sementes.
A figura 7 mostra a estrutura de varios láseres de estado sólido de modo único lonxitudinal típicos.
A figura 7(a) mostra o principio de funcionamento da selección de modo lonxitudinal único baseado no estándar FP na cavidade, é dicir, o espectro de transmisión de ancho de liña estreito do estándar úsase para aumentar a perda doutros modos lonxitudinais, de xeito que outros modos lonxitudinais son filtradas no proceso de competición en modo debido á súa pequena transmitancia, para conseguir un funcionamento en modo lonxitudinal único. Ademais, pódese obter un certo rango de saída de sintonización da lonxitude de onda controlando o ángulo e a temperatura do estándar FP e cambiando o intervalo de modo lonxitudinal. FIG. 7 (b) e (c) mostran o oscilador de anel non plano (NPRO) e o método da cavidade do modo de péndulo torsional usado para obter unha única saída en modo lonxitudinal. O principio de funcionamento é facer que o feixe se propague nunha única dirección no resonador, eliminar de forma efectiva a distribución espacial irregular do número de partículas invertidas na cavidade de onda estacionaria normal e evitar así a influencia do efecto de combustión do burato espacial para lograr un saída de modo lonxitudinal único. O principio da selección do modo de reixa de Bragg a granel (VBG) é semellante ao dos láseres de ancho de liña estreito de semicondutores e fibra mencionados anteriormente, é dicir, ao usar VBG como elemento de filtro, baseándose na súa boa selectividade espectral e selectividade de ángulo, o oscilador. oscila nunha lonxitude de onda ou banda específica para acadar o papel de selección de modo lonxitudinal, como se mostra na Figura 7(d).
Ao mesmo tempo, pódense combinar varios métodos de selección de modo lonxitudinal segundo as necesidades para mellorar a precisión da selección do modo lonxitudinal, reducir aínda máis o ancho de liña ou aumentar a intensidade da competencia do modo introducindo a transformación de frecuencia non lineal e outros medios, e ampliar a lonxitude de onda de saída de o láser operando nun ancho de liña estreito, o que é difícil de facerláser de semicondutoreseláseres de fibra.
(4) Láser Brillouin
O láser Brillouin baséase no efecto de dispersión Brillouin estimulada (SBS) para obter unha tecnoloxía de saída de liña estreita e de baixo ruído, o seu principio é a través do fotón e a interacción do campo acústico interno para producir un certo cambio de frecuencia dos fotóns de Stokes, e é continuamente amplificado dentro do gañar ancho de banda.
A Figura 8 mostra o diagrama de niveis da conversión SBS e a estrutura básica do láser Brillouin.
Debido á baixa frecuencia de vibración do campo acústico, o cambio de frecuencia de Brillouin do material adoita ser só de 0,1-2 cm-1, polo que con láser de 1064 nm como luz da bomba, a lonxitude de onda xerada de Stokes adoita ser só duns 1064,01 nm, pero isto tamén significa que a súa eficiencia de conversión cuántica é extremadamente alta (ata o 99,99 % en teoría). Ademais, porque o ancho de liña de ganancia de Brillouin do medio adoita ser só da orde de MHZ-ghz (o ancho de liña de ganancia de Brillouin dalgúns medios sólidos só é duns 10 MHz), é moito menor que o ancho de liña de ganancia da substancia de traballo do láser. da orde de 100 GHz, polo tanto, The Stokes excitado en láser Brillouin pode mostrar un fenómeno de estreitamento do espectro evidente despois de múltiples amplificacións na cavidade, e o ancho da súa liña de saída é varias ordes de magnitude máis estreita que o ancho da liña da bomba. Na actualidade, o láser Brillouin converteuse nun punto de investigación no campo da fotónica, e houbo moitos informes sobre a orde Hz e sub-Hz de saída de liña extremadamente estreita.
Nos últimos anos xurdiron no campo os dispositivos Brillouin con estrutura de guía de ondasfotónica de microondas, e están a desenvolverse rapidamente na dirección da miniaturización, alta integración e maior resolución. Ademais, o láser Brillouin que funciona no espazo baseado en novos materiais cristalinos como o diamante tamén entrou na visión da xente nos últimos dous anos, o seu avance innovador no poder da estrutura da guía de ondas e o pescozo de botella SBS en cascada, o poder do láser Brillouin. a 10 W de magnitude, sentando as bases para ampliar a súa aplicación.
Unión xeral
Coa continua exploración do coñecemento de vangarda, os láseres de ancho de liña estreito convertéronse nunha ferramenta indispensable na investigación científica co seu excelente rendemento, como o interferómetro láser LIGO para a detección de ondas gravitacionais, que utiliza un ancho de liña estreito dunha soa frecuencia.lásercunha lonxitude de onda de 1064 nm como fonte de semente, e o ancho de liña da luz de semente está dentro de 5 kHz. Ademais, os láseres de ancho estreito con lonxitude de onda sintonizable e sen salto de modo tamén mostran un gran potencial de aplicación, especialmente en comunicacións coherentes, que poden satisfacer perfectamente as necesidades de multiplexación por división de lonxitude de onda (WDM) ou multiplexación por división de frecuencia (FDM) para a lonxitude de onda (ou frecuencia). ) sintonizabilidade, e espérase que se converta no dispositivo central da próxima xeración de tecnoloxía de comunicación móbil.
No futuro, a innovación de materiais láser e tecnoloxía de procesamento promoverá aínda máis a compresión do ancho de liña do láser, a mellora da estabilidade de frecuencia, a expansión do rango de lonxitude de onda e a mellora da potencia, abrindo o camiño para a exploración humana do mundo descoñecido.
Hora de publicación: 29-nov-2023