Tecnologia laser de largura de linha estreita, parte dois
Em 1960, o primeiro laser de rubi do mundo era um laser de estado sólido, caracterizado por uma alta energia de saída e uma cobertura de comprimento de onda mais ampla. A estrutura espacial exclusiva do laser de estado sólido o torna mais flexível no projeto de saída com largura de linha estreita. Atualmente, os principais métodos implementados incluem método de cavidade curta, método de cavidade de anel unidirecional, método padrão de intracavidade, método de cavidade de modo pêndulo de torção, método de grade de Bragg de volume e 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 na 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 são filtrados no processo de competição de modo devido à sua pequena transmitância, de modo a obter 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. FIGO. 7 (b) e (c) mostram o oscilador de anel não planar (NPRO) e o método de cavidade de modo de pêndulo de torção usado para obter uma única saída de modo longitudinal. O princípio de funcionamento é fazer com que o feixe se propague 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 do buraco espacial para alcançar um 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, usando VBG como 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 cumprir a função de seleção de modo longitudinal, como 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 de modo longitudinal, estreitar ainda mais a largura de linha ou aumentar a intensidade de competição de modo através da introdução de transformação de frequência não linear e outros meios, e expandir o comprimento de onda de saída de o 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 do fóton e da interação do campo acústico interno para produzir uma certa mudança de frequência dos fótons de Stokes e é continuamente amplificado dentro do ganhar largura de banda.
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 de Brillouin do material é geralmente de apenas 0,1-2 cm-1, portanto, com o laser de 1064 nm como luz da bomba, 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 de Brillouin do meio é geralmente apenas da ordem de MHZ-ghz (a largura de linha de ganho de 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 mostrar um fenômeno óbvio de estreitamento do espectro após amplificação múltipla na cavidade, e sua largura de linha de saída é várias ordens de magnitude mais estreita que a largura da linha da bomba. Atualmente, o laser Brillouin se tornou um ponto importante de pesquisa no campo da fotônica, e tem havido muitos relatórios 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 onda surgiram na área defotônica de microondas, e estão se desenvolvendo rapidamente na direção da miniaturização, alta integração e maior resolução. Além disso, o laser Brillouin espacial baseado em novos materiais cristalinos, como o diamante, também entrou na visão das pessoas nos últimos dois anos, seu avanço inovador no poder da estrutura do guia de ondas e no gargalo SBS em cascata, o poder do laser Brillouin para magnitude de 10 W, estabelecendo as bases para expandir sua aplicação.
Junção geral
Com a exploração contínua de conhecimentos de ponta, os lasers de largura 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 utiliza uma largura de linha estreita de frequência únicalasercom um comprimento de onda de 1064 nm como fonte de semente e a largura de linha da luz de semente está 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, que podem atender perfeitamente às necessidades de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM) ou multiplexação por divisão de frequência (FDM) para comprimento de onda (ou frequência ) sintonizabilidade e espera-se que se torne o dispositivo central da próxima geração de tecnologia de comunicação móvel.
No futuro, a inovação dos materiais laser e da tecnologia de processamento 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 postagem: 29 de novembro de 2023