Бүгін біз ең тар сызықтық енді лазерге «монохроматикалық» лазерді енгіземіз. Оның пайда болуы лазердің көптеген қолдану салаларындағы олқылықтарды толтырады және соңғы жылдары гравитациялық толқындарды анықтауда, liDAR-да, таратылған зондтауда, жоғары жылдамдықты когерентті оптикалық байланыста және басқа да салаларда кеңінен қолданылып келеді, бұл тек лазер қуатын жақсарту арқылы ғана орындалмайтын «миссия».
Тар сызықтық енді лазер дегеніміз не?
«Сызық ені» термині лазердің жиілік аймағындағы спектрлік сызық енін білдіреді, ол әдетте спектрдің жартылай шыңының толық ені (FWHM) арқылы сандық түрде анықталады. Сызық еніне негізінен қозған атомдардың немесе иондардың өздігінен сәулеленуі, фазалық шу, резонатордың механикалық дірілі, температуралық діріл және басқа да сыртқы факторлар әсер етеді. Сызық енінің мәні неғұрлым аз болса, спектрдің тазалығы соғұрлым жоғары болады, яғни лазердің монохроматикалықтығы соғұрлым жақсы болады. Мұндай сипаттамалары бар лазерлерде әдетте фазалық немесе жиілік шуы өте аз және салыстырмалы қарқындылық шуы өте аз болады. Сонымен қатар, лазердің сызықтық ені неғұрлым аз болса, сәйкес когеренттілік соғұрлым күшті болады, ол өте ұзын когеренттілік ұзындығы ретінде көрінеді.
Тар сызықтық енді лазерді енгізу және қолдану
Лазердің жұмыс затының ішкі күшейту сызықтық енімен шектелгендіктен, дәстүрлі осциллятордың өзіне сүйене отырып, тар сызықтық ен лазерінің шығысын тікелей жүзеге асыру мүмкін емес дерлік. Тар сызықтық ен лазерінің жұмысын жүзеге асыру үшін, әдетте, күшейту спектріндегі бойлық модульді шектеу немесе таңдау, бойлық режимдер арасындағы таза күшейту айырмашылығын арттыру үшін сүзгілерді, торларды және басқа құрылғыларды пайдалану қажет, осылайша лазер резонаторында бірнеше немесе тіпті бір ғана бойлық режим тербелісі болады. Бұл процесте лазер шығысына шудың әсерін бақылау және сыртқы ортаның діріл мен температураның өзгеруінен туындаған спектрлік сызықтардың кеңеюін азайту қажет; Сонымен қатар, оны шу көзін түсіну және тар сызықтық ен лазерінің тұрақты шығысына қол жеткізу үшін лазердің дизайнын оңтайландыру үшін фазалық немесе жиілік шу спектрлік тығыздығын талдаумен біріктіруге болады.
Бірнеше түрлі санаттағы лазерлердің тар сызықтық ендік жұмысын жүзеге асыруды қарастырайық.
Жартылай өткізгіш лазерлердің артықшылықтары: ықшам өлшем, жоғары тиімділік, ұзақ қызмет ету мерзімі және экономикалық пайда.
Дәстүрлі түрде қолданылатын Фабри-Перо (FP) оптикалық резонаторыжартылай өткізгіш лазерлерәдетте көп бойлық режимде тербеледі, ал шығыс сызығының ені салыстырмалы түрде кең, сондықтан тар сызық енінің шығысын алу үшін оптикалық кері байланысты арттыру қажет.
Таратылған кері байланыс (ТКБ) және таратылған Брэгг шағылысу (ТКБ) - екі типтік ішкі оптикалық кері байланыс жартылай өткізгіш лазерлері. Кішкентай тор қадамы мен жақсы толқын ұзындығының селективтілігіне байланысты тұрақты бір жиілікті тар сызықтық ендік шығысына қол жеткізу оңай. Екі құрылым арасындағы негізгі айырмашылық тордың орналасуы болып табылады: ТКБ құрылымы әдетте Брэгг торының периодтық құрылымын резонатор бойымен таратады, ал ТКБ резонаторы әдетте шағылысу торының құрылымынан және соңғы бетке біріктірілген күшейту аймағынан тұрады. Сонымен қатар, ТКБ лазерлері төмен сыну көрсеткішінің контрасты және төмен шағылысу қабілеті бар ендірілген торларды пайдаланады. ТКБ лазерлері жоғары сыну көрсеткішінің контрасты және жоғары шағылысу қабілеті бар беттік торларды пайдаланады. Екі құрылым да үлкен еркін спектрлік диапазонға ие және бірнеше нанометр диапазонында режим секірісінсіз толқын ұзындығын реттеуді орындай алады, мұнда ТКБ лазері ... қарағанда кеңірек реттеу диапазонына ие.DFB лазеріСонымен қатар, жартылай өткізгіш лазер чипінің шығатын жарығын кері байланыспен беру және жиілікті таңдау үшін сыртқы оптикалық элементтерді пайдаланатын сыртқы қуыс оптикалық кері байланыс технологиясы жартылай өткізгіш лазердің тар сызықтық енін пайдалануды да жүзеге асыра алады.
(2) Талшықты лазерлер
Талшықты лазерлер жоғары сорғы түрлендіру тиімділігіне, жақсы сәуле сапасына және жоғары байланыс тиімділігіне ие, бұл лазер саласындағы өзекті зерттеу тақырыптары болып табылады. Ақпараттық ғасыр жағдайында талшықты лазерлер нарықтағы қазіргі оптикалық талшықты байланыс жүйелерімен жақсы үйлесімділікке ие. Тар сызық ені, төмен шу және жақсы когеренттілік артықшылықтары бар бір жиілікті талшықты лазер оны дамытудың маңызды бағыттарының біріне айналды.
Бір бойлық режимдегі жұмыс талшықты лазердің негізгі бөлігі болып табылады, ол тар сызықтық ендік шығысына қол жеткізуге мүмкіндік береді, әдетте резонатордың құрылымына сәйкес бір жиілікті талшықты лазерді DFB типіне, DBR типіне және сақина типіне бөлуге болады. Олардың ішінде DFB және DBR бір жиілікті талшықты лазерлерінің жұмыс принципі DFB және DBR жартылай өткізгіш лазерлеріне ұқсас.
1-суретте көрсетілгендей, DFB талшықты лазері талшыққа таратылған Брэгг торын жазу үшін қолданылады. Осциллятордың жұмыс толқын ұзындығы талшық кезеңіне әсер ететіндіктен, бойлық режимді тордың таратылған кері байланысы арқылы таңдауға болады. DBR лазерінің лазерлік резонаторы әдетте талшықты Брэгг торларының жұбынан тұрады, ал бір бойлық режим негізінен тар жолақты және төмен шағылыстырғыштыққа ие Брэгг талшықты торларымен таңдалады. Дегенмен, ұзын резонаторы, күрделі құрылымы және тиімді жиілікті ажырату механизмінің болмауына байланысты сақина тәрізді қуыс режимнің секіруіне бейім және ұзақ уақыт бойы тұрақты бойлық режимде тұрақты жұмыс істеу қиын.
1-сурет, Бір жиілікті екі типтік сызықтық құрылымталшықты лазерлер
Жарияланған уақыты: 2023 жылғы 27 қараша