Tecnologia de laser de largura de linha estreita - Parte dois
Em 1960, o primeiro laser de rubi do mundo foi um laser de estado sólido, caracterizado por alta energia de saída e ampla cobertura de comprimento de onda. A estrutura espacial única do laser de estado sólido o torna mais flexível no projeto de saídas com largura de linha estreita. Atualmente, os principais métodos implementados incluem o método da cavidade curta, o método da cavidade em anel unidirecional, o método padrão intracavitário, o método da cavidade em modo de pêndulo de torção, o método da rede de Bragg volumétrica e o método de injeção de sementes.
A Figura 7 mostra a estrutura de vários lasers de estado sólido de modo longitudinal único típicos.
A Figura 7(a) mostra o princípio de funcionamento da seleção de modo longitudinal único com base no padrão FP em cavidade, ou seja, o espectro de transmissão de largura de linha estreita do padrão é usado para aumentar a perda de outros modos longitudinais, de modo que outros modos longitudinais sejam filtrados no processo de competição de modos devido à sua pequena transmitância, de modo a atingir a operação em modo longitudinal único. Além disso, uma certa faixa de saída de ajuste de comprimento de onda pode ser obtida controlando o ângulo e a temperatura do padrão FP e alterando o intervalo do modo longitudinal. As Figuras 7(b) e (c) mostram o oscilador de anel não planar (NPRO) e o método de cavidade de modo de pêndulo torcional usados para obter uma saída de modo longitudinal único. O princípio de funcionamento é fazer o feixe se propagar em uma única direção no ressonador, eliminando efetivamente a distribuição espacial desigual do número de partículas invertidas na cavidade de onda estacionária comum e, assim, evitando a influência do efeito de queima de buraco espacial para atingir uma saída de modo longitudinal único. O princípio da seleção do modo de rede de Bragg em massa (VBG) é semelhante ao dos lasers de largura de linha estreita de semicondutores e fibras mencionados anteriormente, ou seja, ao usar VBG como um elemento de filtro, com base em sua boa seletividade espectral e seletividade de ângulo, o oscilador oscila em um comprimento de onda ou banda específica para atingir a função de seleção de modo longitudinal, conforme mostrado na Figura 7(d).
Ao mesmo tempo, vários métodos de seleção de modo longitudinal podem ser combinados de acordo com as necessidades para melhorar a precisão da seleção do modo longitudinal, estreitar ainda mais a largura de linha ou aumentar a intensidade da competição de modo introduzindo transformação de frequência não linear e outros meios e expandir o comprimento de onda de saída do laser enquanto opera em uma largura de linha estreita, o que é difícil de fazer paralaser semicondutorelasers de fibra.
(4) Laser Brillouin
O laser Brillouin é baseado no efeito de espalhamento Brillouin estimulado (SBS) para obter tecnologia de saída de baixo ruído e largura de linha estreita. Seu princípio é através da interação do fóton e do campo acústico interno produzir uma certa mudança de frequência de fótons de Stokes, e é continuamente amplificado dentro da largura de banda de ganho.
A Figura 8 mostra o diagrama de níveis de conversão SBS e a estrutura básica do laser Brillouin.
Devido à baixa frequência de vibração do campo acústico, a mudança de frequência Brillouin do material é geralmente de apenas 0,1-2 cm-1, portanto, com um laser de 1064 nm como luz de bombeamento, o comprimento de onda de Stokes gerado é frequentemente de apenas cerca de 1064,01 nm, mas isso também significa que sua eficiência de conversão quântica é extremamente alta (até 99,99% em teoria). Além disso, como a largura de linha de ganho Brillouin do meio é geralmente apenas da ordem de MHZ-ghz (a largura de linha de ganho Brillouin de alguns meios sólidos é de apenas cerca de 10 MHz), ela é muito menor do que a largura de linha de ganho da substância de trabalho do laser da ordem de 100 GHz, portanto, o Stokes excitado no laser Brillouin pode apresentar um fenômeno óbvio de estreitamento do espectro após múltiplas amplificações na cavidade, e sua largura de linha de saída é várias ordens de magnitude mais estreita do que a largura da linha de bombeamento. Atualmente, o laser Brillouin se tornou um ponto de pesquisa no campo da fotônica, e há muitos relatos sobre a ordem Hz e sub-Hz de saída de largura de linha extremamente estreita.
Nos últimos anos, dispositivos Brillouin com estrutura de guia de ondas surgiram no campo dafotônica de micro-ondas, e estão se desenvolvendo rapidamente na direção da miniaturização, alta integração e maior resolução. Além disso, o laser Brillouin de operação espacial baseado em novos materiais cristalinos, como o diamante, também entrou na mira das pessoas nos últimos dois anos, com seu avanço inovador na potência da estrutura do guia de ondas e no gargalo SBS em cascata, elevando a potência do laser Brillouin para magnitude de 10 W, estabelecendo as bases para a expansão de sua aplicação.
Junção geral
Com a exploração contínua do conhecimento de ponta, os lasers de linha estreita tornaram-se uma ferramenta indispensável na pesquisa científica com seu excelente desempenho, como o interferômetro laser LIGO para detecção de ondas gravitacionais, que usa uma linha estreita de frequência única.laserCom um comprimento de onda de 1064 nm como fonte semente, e uma largura de linha da luz semente dentro de 5 kHz. Além disso, lasers de largura estreita com comprimento de onda ajustável e sem salto de modo também apresentam grande potencial de aplicação, especialmente em comunicações coerentes, podendo atender perfeitamente às necessidades de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM) ou multiplexação por divisão de frequência (FDM) para ajuste de comprimento de onda (ou frequência), e espera-se que se tornem o dispositivo central da próxima geração de tecnologia de comunicação móvel.
No futuro, a inovação dos materiais e da tecnologia de processamento do laser promoverá ainda mais a compressão da largura de linha do laser, a melhoria da estabilidade da frequência, a expansão da faixa de comprimento de onda e a melhoria da potência, abrindo caminho para a exploração humana do mundo desconhecido.
Horário da publicação: 29/11/2023