Heute werden wir einen „monochromatischen“ Laser in den extremen, schmalen Linienbreiten -Laser einführen. Seine Entstehung füllt die Lücken in vielen Anwendungsfeldern des Lasers und in den letzten Jahren wurden in der Gravitationswellenerkennung, des Lidars, der verteilten Erfassung, der kohärenten optischen Kommunikation mit Hochgeschwindigkeit und anderen Feldern weit verbreitet. Dies ist eine „Mission“, die nur durch Verbesserung der Laserkraft abgeschlossen werden kann.
Was ist ein schmaler Laser -Laser?
Der Begriff „Linienbreite“ bezieht sich auf die Spektrallinienbreite des Lasers in der Frequenzdomäne, die normalerweise in Bezug auf die halbe Peak-Vollbreite des Spektrums (FWHM) quantifiziert wird. Die Linienbreite wird hauptsächlich durch die spontane Strahlung von angeregten Atomen oder Ionen, Phasenrauschen, mechanische Schwingung des Resonators, Temperaturjitter und anderen externen Faktoren beeinflusst. Je kleiner der Wert der Linienbreite ist, desto höher die Reinheit des Spektrums, dh die Monochromatie des Lasers. Laser mit solchen Eigenschaften haben normalerweise nur sehr wenig Phasen- oder Frequenzrauschen und nur sehr wenig relatives Intensitätsgeräusch. Gleichzeitig ist der lineare Breitenwert des Lasers, je stärker die entsprechende Kohärenz, die sich als extrem lange Kohärenzlänge manifestiert.
Realisierung und Anwendung von schmaler Linienbreitenlaser
Begrenzt durch die inhärente Verstärkungslinie der Arbeitssubstanz des Lasers ist es fast unmöglich, die Ausgabe des schmalen Linienbreitenlasers direkt zu realisieren, indem sie sich auf den traditionellen Oszillator selbst verlassen. Um den Betrieb des schmalen Linienbreitenlasers zu realisieren, müssen in der Regel Filter, Gitter und andere Geräte verwendet werden, um den Längsmodul im Verstärkungsspektrum zu begrenzen oder auszuwählen, und erhöhen Sie den Nettoverstärkungsunterschied zwischen den Längsmodi, so dass es einige oder sogar einen Langzeitmodus -Oszillation im Laser -Resonator gibt. In diesem Prozess ist es häufig notwendig, den Einfluss von Rauschen auf den Laserausgang zu steuern und die Verbreiterung von Spektrallinien zu minimieren, die durch die Schwingung und Temperaturänderungen der externen Umgebung verursacht werden. Gleichzeitig kann es auch mit der Analyse der Phasen- oder Frequenz -Rausch -Spektraldichte kombiniert werden, um die Rauschquelle zu verstehen und das Design des Lasers zu optimieren, um eine stabile Ausgabe des schmalen Linienbreitenlasers zu erzielen.
Schauen wir uns die Verwirklichung der engen Linienbreitenbetrieb mehrerer verschiedener Kategorien von Lasern an.
Halbleiterlaser haben die Vorteile der kompakten Größe, hoher Effizienz, langer Lebensdauer und wirtschaftlichen Vorteile.
Der optische Fabry-Perot (FP)HalbleiterlaserIm Allgemeinen oszilliert im multi-longitudinalen Modus, und die Ausgangsleitungsbreite ist relativ breit, so
Distributed Feedback (DFB) und verteilte Bragg -Reflexion (DBR) sind zwei typische interne optische Rückkopplungslaser. Aufgrund der kleinen Gittersteigung und der guten Wellenlängenselektivität ist es einfach, eine stabile Einfrequenz-Schmalzeitungsausgabe zu erzielen. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Strukturen ist die Position des Gitters: Die DFB -Struktur verteilt normalerweise die periodische Struktur des Bragg -Gitters im gesamten Resonator, und der Resonator des DBR besteht normalerweise aus der Reflexionsgratenstruktur und der in die Endoberfläche integrierten Verstärkungsregion. Darüber hinaus verwenden DFB -Laser eingebettete Gitter mit niedrigem Brechungsindexkontrast und niedrigem Reflexionsvermögen. DBR -Laser verwenden Oberflächengitter mit hohem Brechungsindexkontrast und hohem Reflexionsvermögen. Beide Strukturen haben einen großen freien Spektralbereich und können eine Wellenlängenabstimmung durchführen, ohne dass der Modussprung im Bereich einiger Nanometer, wo der DBR -Laser einen breiteren Abstimmbereich hat als derDFB -Laser. Darüber hinaus kann die optische Feedback -Technologie des externen Hohlraums, die externe optische Elemente verwendet, um das ausgehende Licht des Halbleiterlaserchips zu feedback und die Frequenz auszuwählen.
(2) Faserlaser
Faserlaser haben eine hohe Pumpenumwandlungseffizienz, eine gute Strahlqualität und eine hohe Kupplungseffizienz, die die heißen Forschungsthemen im Laserfeld sind. Im Zusammenhang mit dem Informationszeitalter haben Faserlaser eine gute Kompatibilität mit aktuellen optischen Faserkommunikationssystemen auf dem Markt. Der Einzelfrequenzfaserlaser mit den Vorteilen von schmaler Linienbreite, niedrigem Rauschen und guter Kohärenz ist zu einer der wichtigsten Richtungen ihrer Entwicklung geworden.
Der Einsatzmodusbetrieb ist der Kern des Faserlasers, um eine schmale Zeilenbreitausgabe zu erzielen, normalerweise gemäß der Struktur des Resonators des Einzelfrequenzfaserlasers in DFB-Typ, DBR-Typ und Ringtyp. Unter ihnen ähnelt das Arbeitsprinzip von DFB- und DBR-Einzelfrequenzfaserlasern dem von DFB- und DBR-Halbleiterlasern.
Wie in Abbildung 1 gezeigt, soll DFB -Faserlaser verteiltes Bragg -Gitter in die Faser schreiben. Da die Arbeitswellenlänge des Oszillators von der Faserzeit beeinflusst wird, kann der Längsmodus durch das verteilte Rückkopplung des Gitters ausgewählt werden. Der Laserresonator des DBR -Lasers wird normalerweise durch ein Paar Faser -Bragg -Gitter gebildet, und der einzelne Längsmodus wird hauptsächlich durch schmale Bande und Faser -Bragg -Gitter mit niedrigem Reflexionsvermögen ausgewählt. Aufgrund seines langen Resonators, seiner komplexen Struktur und seines mangelnden Mechanismus für effektive Frequenzdiskriminierungsmechanismus ist der ringförmige Hohlraum jedoch anfällig für das Modushüpfen und es ist schwierig, stabil im ständigen Längsschnittmodus zu arbeiten.
Abbildung 1, zwei typische lineare Strukturen der einzelnen FrequenzFaserlaser
Postzeit: Nov.-27-2023