Hoje, introduziremos um laser “monocromático” no laser de largura de linha extrema - estreita. Seu surgimento preenche as lacunas em muitos campos de aplicação de laser e, nos últimos anos, tem sido amplamente utilizado na detecção de ondas gravitacionais, lidar, sensor a distribuição, comunicação óptica coerente de alta velocidade e outros campos, que é uma "missão" que não pode ser concluída apenas melhorando o poder do laser.
O que é um laser de largura de linha estreita?
O termo "largura da linha" refere-se à largura da linha espectral do laser no domínio da frequência, que geralmente é quantificado em termos da largura total do espectro de meio pico do espectro (FWHM). A largura da linha é afetada principalmente pela radiação espontânea de átomos ou íons excitados, ruído de fase, vibração mecânica do ressonador, jitter de temperatura e outros fatores externos. Quanto menor o valor da largura da linha, maior a pureza do espectro, ou seja, melhor a monocromaticidade do laser. Os lasers com tais características geralmente têm muito pouco ruído de fase ou frequência e muito pouco ruído de intensidade relativa. Ao mesmo tempo, quanto menor o valor de largura linear do laser, mais forte a coerência correspondente, que se manifesta como um comprimento de coerência extremamente longo.
Realização e aplicação de laser de largura de linha estreita
Limitado pela largura de linha de ganho inerente da substância de trabalho do laser, é quase impossível perceber diretamente a saída do laser de largura de linha estreita, contando com o próprio oscilador tradicional. Para realizar a operação de laser de largura de linha estreita, geralmente é necessário usar filtros, grade e outros dispositivos para limitar ou selecionar o módulo longitudinal no espectro de ganho, aumentar a diferença de ganho líquido entre os modos longitudinais, de modo que haja alguns ou até uma oscilação do modo longitudinal no ressonador de laser. Nesse processo, muitas vezes é necessário controlar a influência do ruído na saída do laser e minimizar o alargamento das linhas espectrais causadas pelas alterações de vibração e temperatura do ambiente externo; Ao mesmo tempo, também pode ser combinado com a análise da densidade espectral de ruído de fase ou frequência para entender a fonte de ruído e otimizar o design do laser, de modo a obter uma saída estável do laser de largura de linha estreita.
Vamos dar uma olhada na realização da operação estreita de largura de linha de várias categorias diferentes de lasers.
Os lasers semicondutores têm as vantagens do tamanho compacto, alta eficiência, vida longa e benefícios econômicos.
O ressonador óptico Fabry-PoT (FP) usado no tradicionalLasers semicondutoresGeralmente oscila no modo multi-longitudinal, e a largura da linha de saída é relativamente ampla; portanto, é necessário aumentar o feedback óptico para obter a saída da largura de linha estreita.
O feedback distribuído (DFB) e a reflexão de Bragg distribuída (DBR) são dois lasers típicos de semicondutores de feedback óptico interno. Devido à pequena inclinação da grade e à boa seletividade do comprimento de onda, é fácil obter saída estável de largura de linha estreita de frequência única. A principal diferença entre as duas estruturas é a posição da grade: a estrutura do DFB geralmente distribui a estrutura periódica da grade de Bragg por todo o ressonador, e o ressonador do DBR é geralmente composto da estrutura da grade de reflexão e da região de ganho integrada à superfície final. Além disso, os lasers DFB usam grades incorporadas com baixo contraste do índice de refração e baixa refletividade. Os lasers DBR usam grades de superfície com alto contraste de índice de refração e alta refletividade. Ambas as estruturas têm uma grande faixa espectral livre e podem executar o ajuste do comprimento de onda sem modo de modo no intervalo de alguns nanômetros, onde o laser DBR tem uma faixa de ajuste mais ampla que oDFB Laser. Além disso, a tecnologia de feedback óptico de cavidade externa, que usa elementos ópticos externos para feedir a luz de saída do chip a laser semicondutores e selecionar a frequência, também pode realizar a operação estreita de largura de linha do laser semicondutor.
(2) lasers de fibra
Os lasers de fibra têm alta eficiência de conversão da bomba, boa qualidade do feixe e alta eficiência de acoplamento, que são os tópicos de pesquisa quentes no campo a laser. No contexto da era da informação, os lasers de fibra têm boa compatibilidade com os atuais sistemas de comunicação de fibra óptica no mercado. O laser de fibra de frequência única, com as vantagens de largura de linha estreita, baixo ruído e boa coerência, tornou-se uma das direções importantes de seu desenvolvimento.
A operação de modo longitudinal único é o núcleo do laser de fibra para obter uma saída de largura de linha estreita, geralmente de acordo com a estrutura do ressonador do laser de fibra de frequência única pode ser dividida no tipo DFB, tipo DBR e tipo de anel. Entre eles, o princípio de trabalho dos lasers de fibra de frequência única DFB e DBR é semelhante à dos lasers de semicondutores DFB e DBR.
Conforme mostrado na Figura 1, o laser de fibra DFB é escrever uma coisa distribuída de Bragg distribuída na fibra. Como o comprimento de onda de trabalho do oscilador é afetado pelo período de fibra, o modo longitudinal pode ser selecionado através do feedback distribuído da grade. O ressonador a laser do laser DBR é geralmente formado por um par de grades de fibra de Bragg, e o modo longitudinal único é selecionado principalmente por grades de faixa estreita e fibra de fibra de baixa refletividade. No entanto, devido ao seu ressonador longo, estrutura complexa e falta de mecanismo de discriminação de frequência eficaz, a cavidade em forma de anel é propensa ao salto de modo, e é difícil trabalhar de forma estável no modo longitudinal constante por um longo tempo.
Figura 1, duas estruturas lineares típicas de uma única frequêncialasers de fibra
Horário de postagem: novembro de 27-2023