Laserska tehnologija uske širine linije, drugi dio
Godine 1960., prvi rubinski laser na svijetu bio je laser u čvrstom stanju, karakteriziran visokom izlaznom energijom i širim pokrivanjem valnih duljina. Jedinstvena prostorna struktura lasera u čvrstom stanju čini ga fleksibilnijim u dizajnu izlaza uske širine linije. Trenutno, glavne implementirane metode uključuju metodu kratke šupljine, metodu jednosmjerne prstenaste šupljine, standardnu metodu unutar šupljine, metodu šupljine s torzijskim klatno modom, metodu zapreminske Braggove rešetke i metodu ubrizgavanja sjemena.
Slika 7 prikazuje strukturu nekoliko tipičnih jednomodnih lasera u čvrstom stanju.
Slika 7(a) prikazuje princip rada selekcije jednog longitudinalnog moda na osnovu FP standarda u šupljini, odnosno, uski spektar prenosa širine linije standarda se koristi za povećanje gubitka drugih longitudinalnih modova, tako da se drugi longitudinalni modovi filtriraju u procesu konkurencije modova zbog njihove male propusnosti, kako bi se postigao rad jednog longitudinalnog moda. Pored toga, određeni raspon podešavanja talasne dužine može se dobiti kontrolom ugla i temperature FP standarda i promjenom intervala longitudinalnog moda. Slika 7(b) i (c) prikazuje neplanarni prstenasti oscilator (NPRO) i metodu torzione šupljine klatna koji se koriste za dobijanje izlaza jednog longitudinalnog moda. Princip rada je da se snop širi u jednom smjeru u rezonatoru, efikasno eliminiše neravnomjerna prostorna raspodjela broja obrnutih čestica u običnoj šupljini stojnog talasa, i time izbjegne uticaj efekta prostornog sagorijevanja rupe kako bi se postigao izlaz jednog longitudinalnog moda. Princip selekcije moda pomoću Braggove rešetke (VBG) sličan je principu kod poluprovodničkih i vlaknastih lasera uske širine linije spomenutih ranije, odnosno, korištenjem VBG-a kao filterskog elementa, na osnovu njegove dobre spektralne selektivnosti i kutne selektivnosti, oscilator oscilira na određenoj valnoj dužini ili opsegu kako bi postigao ulogu longitudinalne selekcije moda, kao što je prikazano na slici 7(d).
Istovremeno, nekoliko metoda longitudinalnog odabira moda može se kombinirati prema potrebama za poboljšanjem tačnosti odabira longitudinalnog moda, daljnjim sužavanjem širine linije ili povećanjem intenziteta konkurencije modova uvođenjem nelinearne transformacije frekvencije i drugih sredstava, te proširenjem izlazne talasne dužine lasera dok radi u uskoj širini linije, što je teško učiniti zapoluprovodnički laserivlaknasti laseri.
(4) Brillouinov laser
Brillouin laser se zasniva na efektu stimulisanog Brillouinovog raspršenja (SBS) kako bi se postigla tehnologija niskog šuma i uske širine linije. Princip rada je da se određeni frekventni pomak Stokesovih fotona, kroz interakciju fotona i unutrašnjeg akustičnog polja, proizvodi kroz interakciju fotona i unutrašnjeg akustičnog polja, a zatim se kontinuirano pojačava unutar propusnog opsega pojačanja.
Slika 8 prikazuje dijagram nivoa SBS konverzije i osnovnu strukturu Brillouin lasera.
Zbog niske frekvencije vibracija akustičnog polja, pomak Brillouinove frekvencije materijala obično je samo 0,1-2 cm-1, tako da je sa laserom od 1064 nm kao svjetlom pumpe, generirana Stokesova valna dužina često samo oko 1064,01 nm, ali to također znači da je njegova efikasnost kvantne konverzije izuzetno visoka (do 99,99% u teoriji). Osim toga, budući da je širina linije Brillouinovog pojačanja medija obično samo reda veličine MHZ-GHz (širina linije Brillouinovog pojačanja nekih čvrstih medija je samo oko 10 MHz), ona je daleko manja od širine linije pojačanja laserske radne supstance reda veličine 100 GHz, tako da Stokes pobuđen u Brillouin laseru može pokazati očigledan fenomen sužavanja spektra nakon višestrukog pojačanja u šupljini, a širina njegove izlazne linije je nekoliko redova veličine uža od širine linije pumpe. Trenutno je Brillouin laser postao istraživačka žarišna tačka u oblasti fotonike, a objavljeno je mnogo izvještaja o Hz i sub-Hz redu signala izuzetno uske širine linije.
Posljednjih godina, u oblasti su se pojavili Brillouin uređaji sa strukturom valovoda.mikrovalna fotonika, i brzo se razvijaju u smjeru minijaturizacije, visoke integracije i veće rezolucije. Osim toga, svemirski Brillouin laser baziran na novim kristalnim materijalima poput dijamanta također je ušao u vidokrug ljudi u protekle dvije godine, njegov inovativni proboj u snazi strukture valovoda i kaskadnom SBS uskom grlu, snaga Brillouin lasera do magnitude od 10 W, postavlja temelje za proširenje njegove primjene.
Opća raskrsnica
Kontinuiranim istraživanjem najsavremenijih znanja, laseri uske širine linije postali su nezamjenjiv alat u naučnim istraživanjima sa svojim odličnim performansama, kao što je laserski interferometar LIGO za detekciju gravitacijskih talasa, koji koristi jednofrekventni laser uske širine linije.lasersa talasnom dužinom od 1064 nm kao izvorom sjemena, a širina linije sjemena svjetlosti je unutar 5 kHz. Pored toga, laseri uske širine sa podesivom talasnom dužinom i bez skoka moda također pokazuju veliki potencijal primjene, posebno u koherentnim komunikacijama, koje mogu savršeno zadovoljiti potrebe multipleksiranja talasnom podjelom (WDM) ili multipleksiranja frekvencijskom podjelom (FDM) za podesivnost talasne dužine (ili frekvencije), te se očekuje da će postati osnovni uređaj sljedeće generacije tehnologije mobilne komunikacije.
U budućnosti, inovacija laserskih materijala i tehnologije obrade dodatno će promovirati kompresiju širine laserske linije, poboljšanje stabilnosti frekvencije, proširenje raspona valnih duljina i poboljšanje snage, otvarajući put ljudskom istraživanju nepoznatog svijeta.
Vrijeme objave: 29. novembar 2023.