Der Entwicklungstrend von Lasern mit schmaler Linienbreite

Der Entwicklungstrend vonLaser mit schmaler Linienbreite
Die Entwicklung des Laser-Feedback-Modus in Lasern mit schmaler Linienbreite ist eng mit der Entwicklung der Laserresonatorstruktur verknüpft. Im Folgenden werden verschiedene Konfigurationen von Lasertechnologien mit schmaler Linienbreite in der Reihenfolge der Entwicklung der Laserresonatoren vorgestellt.

1. Konfiguration mit einem einzigen Hauptresonator. Dieser Lasertyp lässt sich in lineare Resonatoren (klassische Konfiguration, einfache und effiziente Struktur) und Ringresonatoren (Vermeidung des räumlichen Lochbrennens und Nutzung eines Wanderwellenfelds) unterteilen. Der nichtplanare Ringresonator (NPRO) ist ein spezielles Beispiel für ein hochstabiles Wanderwellenfeld.LaserHinsichtlich der Resonatorlänge lassen sich kurze Resonatoren (einfache Realisierung eines SLM im Einzellängsmodus, jedoch mit großer intrinsischer Linienbreite und hohem Rauschen) und lange Resonatoren (inhärent) unterteilen.schmale LinienbreiteDie Implementierung des SLM-Betriebs stellt jedoch eine technische Schwierigkeit dar.

2. Konfiguration mit externer Rückkopplung eines einzelnen Resonators. Diese Konfiguration wurde vorgeschlagen, um die Probleme der kurzen Photonenwechselwirkungszeit und der schwierigen Unterdrückung spontaner Emission in einem einzelnen Hauptresonator zu lösen. Dies geschieht durch Filterung und Rückkopplung von Photonen über einen externen Resonator zur Komprimierung der Linienbreite. Frühe klassische Strukturen umfassten externe Resonatoren vom Littrow- und Littman-Metcalf-Typ mit Gittern. Die technische Schwierigkeit dieser Konfiguration liegt in der Phasenanpassung zwischen Haupt- und Außenresonator.
3. Zwei integrierte Hauptresonatorkonfigurationen auf Basis von Bragg-Gittern:

DFB-LaserKonfiguration: Durch die Kombination einer Bragg-Struktur mit einer aktiven Zone und die Einführung einer Phasenverschiebungszone werden eine höhere Integration, Stabilität und Praktikabilität erreicht und die Wellenlängendrift des DBR verbessert. Die technische Herausforderung liegt in der Gitterherstellung (z. B. bei den sekundären epitaxialen RGF-DFB- und den Oberflächenätzverfahren SG-DFB für Halbleiter-DFB).
DBR-Laserkonfiguration: Sie ersetzt herkömmliche Spiegel durch periodische passive Bragg-Strukturen, die Filtereigenschaften aufweisen und sich mit kurzen Resonatoren einfach in SLMs realisieren lassen. Je nach Verstärkungsmedium unterscheidet man zwischen Halbleiter-DBR (mit guter Prozesskompatibilität) und Faser-DBR (basierend auf Faserverarbeitungs- und Dotierungstechnologien).

Um die Linienbreite des kurzen Hauptresonators (z. B. DFB/DBR) weiter zu reduzieren, wird eine zusammengesetzte äußere Resonatorstruktur verwendet. Die Form des äußeren Resonators hat sich mit der technologischen Entwicklung weiterentwickelt:
Äußerer Hohlraum im Weltraum: frühe Hauptformen, darunter Gitter (Littrow/Littman) und verschiedene optische Filter (wie z. B. FP-Standard).
Externer Faseroptik-Resonator: Durch die Verwendung ausschließlich faseroptischer Bauelemente (wie faseroptische Schaltungen, FBGs, faseroptische FP-Resonatoren usw.) werden eine höhere Integration und eine stärkere Störfestigkeit erreicht.
Externer Wellenleiterhohlraum: Mikro-Nano-Bearbeitung auf Basis von Halbleitermaterialien wie Si und Si3N4, wodurch das System kompakter und stabiler wird.

Abschließend stellt dieser Artikel die Konfiguration optoelektronischer Oszillatorlaser vor, eine spezielle Form der Rückkopplung, wie beispielsweise die PDH-Frequenzstabilisierungstechnologie. Durch die Verwendung elektrischer negativer Rückkopplung zur Frequenzstabilisierung des Lasers an eine hochstabile Referenzquelle lässt sich eine extrem hohe Frequenzstabilität erzielen. Das System ist jedoch komplex, kostspielig und bietet nur begrenzte Flexibilität hinsichtlich der Wellenlänge.