Бүгін біз «монохроматикалық» лазерді экстремалды – тар сызықты лазерге енгіземіз. Оның пайда болуы лазердің көптеген қолдану салаларындағы олқылықтарды толтырады және соңғы жылдары гравитациялық толқындарды анықтауда, liDAR, таратылған зондтау, жоғары жылдамдықты когерентті оптикалық байланыс және басқа салаларда кеңінен қолданылды, бұл мүмкін емес «миссия» болып табылады. лазер қуатын жақсарту арқылы ғана аяқталды.
Тар сызықты лазер дегеніміз не?
«Сызық ені» термині жиілік доменіндегі лазердің спектрлік сызығының енін білдіреді, ол әдетте спектрдің жартылай шыңының толық ені (FWHM) тұрғысынан сандық түрде анықталады. Сызықтың еніне негізінен қозғалған атомдардың немесе иондардың өздігінен сәулеленуі, фазалық шу, резонатордың механикалық тербелісі, температуралық діріл және басқа сыртқы факторлар әсер етеді. Сызық енінің мәні неғұрлым аз болса, спектрдің тазалығы соғұрлым жоғары болады, яғни лазердің монохроматтығы жақсырақ болады. Мұндай сипаттамалары бар лазерлерде әдетте фазалық немесе жиілік шуы өте аз және салыстырмалы қарқындылық шуы өте аз болады. Сонымен қатар, лазердің сызықтық енінің мәні неғұрлым аз болса, соғұрлым сәйкес когеренттілік күштірек болады, ол өте ұзын когеренттілік ұзындығы ретінде көрінеді.
Тар сызықты лазерді жүзеге асыру және қолдану
Лазердің жұмысшы затына тән сызығының енімен шектелгендіктен, дәстүрлі осциллятордың өзіне сүйене отырып, тар сызықты лазердің шығысын тікелей жүзеге асыру мүмкін емес. Тар желілік лазердің 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 бойлық режимдер пайда болады. лазерлік резонатордағы аз немесе тіпті бір ғана бойлық режимдегі тербеліс. Бұл процесте көбінесе лазердің шығуына шудың әсерін бақылау және сыртқы ортаның тербелісі мен температурасының өзгеруінен туындаған спектрлік сызықтардың кеңеюін азайту қажет; Сонымен қатар, оны шудың көзін түсіну және лазердің тар ені бойынша тұрақты шығуына қол жеткізу үшін лазер дизайнын оңтайландыру үшін фазалық немесе жиілік шуының спектрлік тығыздығын талдаумен біріктіруге болады.
Бірнеше әртүрлі санаттағы лазерлердің тар сызықты жұмысының жүзеге асырылуын қарастырайық.
Жартылай өткізгішті лазерлердің ықшам өлшемі, жоғары тиімділігі, ұзақ қызмет ету мерзімі және экономикалық пайдасы бар.
Fabry-Perot (FP) оптикалық резонаторы дәстүрлі түрде қолданыладыжартылай 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.
Бөлінген кері байланыс (DFB) және Бөлінген Брагг шағылыстыруы (DBR) екі типтік ішкі оптикалық кері байланыс жартылай өткізгіш лазерлері болып табылады. Кішкентай тор қадамы мен жақсы толқын ұзындығының селективтілігіне байланысты тұрақты бір жиілікті тар желілік шығысқа қол жеткізу оңай. Екі құрылымның негізгі айырмашылығы тордың орналасуында: DFB құрылымы әдетте Брагг торының мерзімді құрылымын резонатордың бойына таратады, ал DBR резонаторы әдетте шағылысатын тор құрылымынан және біріктірілген күшейту аймағынан тұрады. соңғы беті. Сонымен қатар, DFB лазерлері төмен сыну көрсеткіші контрастты және төмен шағылыстыруға ие кірістірілген торларды пайдаланады. DBR лазерлері жоғары сыну көрсеткіші контрасты және жоғары шағылыстыру қабілеті бар беткі торларды пайдаланады. Екі құрылым да үлкен бос спектрлік диапазонға ие және бірнеше нанометр диапазонында режимді секірусіз толқын ұзындығын реттеуді орындай алады, мұнда DBR лазерінің реттеу диапазоны кеңірек диапазонға ие.DFB лазері. Сонымен қатар, жартылай өткізгішті лазерлік чиптің шығыс жарығына кері байланыс жасау және жиілікті таңдау үшін сыртқы оптикалық элементтерді пайдаланатын сыртқы қуысты оптикалық кері байланыс технологиясы да жартылай өткізгіш лазердің тар желілік жұмысын жүзеге асыра алады.
(2) Талшықты лазерлер
Талшықты лазерлер сорғыны түрлендірудің жоғары тиімділігіне, жақсы сәулелік сапасына және жоғары ілінісу тиімділігіне ие, олар лазер саласындағы өзекті зерттеу тақырыптары болып табылады. Ақпараттық дәуір 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 оның дамуының маңызды бағыттарының біріне айналды.
Жалғыз бойлық режимдегі жұмыс - тар сызық ені шығаруға қол жеткізу үшін талшықты лазердің өзегі, әдетте бір жиілікті талшықты лазердің резонаторының құрылымына сәйкес DFB түріне, DBR түріне және сақина түріне бөлуге болады. Олардың ішінде DFB және DBR бір жиілікті талшықты лазерлердің жұмыс принципі DFB және DBR жартылай өткізгіш лазерлеріне ұқсас.
1-суретте көрсетілгендей, DFB талшықты лазері талшыққа бөлінген Брегг торын жазуға арналған. Осциллятордың жұмыс толқын ұзындығына талшық кезеңі әсер ететіндіктен, тордың таратылған кері байланысы арқылы бойлық режимді таңдауға болады. DBR лазерінің лазерлік резонаторы әдетте жұп талшықты Брэгг торлары арқылы қалыптасады, ал жалғыз бойлық режим негізінен тар жолақты және төмен шағылысатын талшықты Брагг торлары арқылы таңдалады. Дегенмен, ұзақ резонаторы, күрделі құрылымы және тиімді жиілікті дискриминациялау механизмі жоқ болғандықтан, сақина тәрізді қуыс режимді секіруге бейім және ұзақ уақыт бойы тұрақты бойлық режимде тұрақты жұмыс істеу қиын.
1-сурет, Бір жиіліктің екі типтік сызықтық құрылымыталшықты лазерлер
Жіберу уақыты: 27 қараша 2023 ж