Lasertechnologie met smalle lijnbreedte, deel twee
In 1960 was 's werelds eerste robijnlaser een vastestoflaser, gekenmerkt door een hoge uitgangsenergie en een bredere golflengtedekking.De unieke ruimtelijke structuur van de solid-state laser maakt hem flexibeler bij het ontwerpen van uitvoer met smalle lijnbreedte.Momenteel omvatten de belangrijkste geïmplementeerde methoden de korte holtemethode, de eenrichtingsringholtemethode, de intracaviteitsstandaardmethode, de torsieslingermodusholtemethode, de volume-Bragg-roostermethode en de zaadinjectiemethode.
Figuur 7 toont de structuur van verschillende typische vastestoflasers met enkele longitudinale modus.
Figuur 7(a) toont het werkingsprincipe van selectie van een enkele longitudinale modus op basis van de FP-standaard in de holte, dat wil zeggen dat het transmissiespectrum met smalle lijnbreedte van de standaard wordt gebruikt om het verlies van andere longitudinale modi te vergroten, zodat andere longitudinale modi worden weggefilterd in het modusconcurrentieproces vanwege hun kleine transmissie, om een enkele longitudinale moduswerking te bereiken.Bovendien kan een bepaald bereik aan golflengte-afstemmingsoutput worden verkregen door de hoek en temperatuur van de FP-standaard te regelen en het longitudinale modusinterval te wijzigen.AFB.Figuren 7(b) en (c) tonen de niet-planaire ringoscillator (NPRO) en de torsieslingermodusholtemethode die worden gebruikt om een enkele longitudinale modusuitvoer te verkrijgen.Het werkingsprincipe is om de straal in een enkele richting in de resonator te laten voortplanten, waardoor de ongelijke ruimtelijke verdeling van het aantal omgekeerde deeltjes in de gewone staande golfholte effectief wordt geëlimineerd en zo de invloed van het ruimtelijke gatverbrandingseffect wordt vermeden om een enkele longitudinale modusuitvoer.Het principe van de modusselectie van het bulk Bragg-rooster (VBG) is vergelijkbaar met dat van de eerder genoemde halfgeleider- en vezellasers met smalle lijnbreedte, dat wil zeggen door VBG als filterelement te gebruiken, op basis van zijn goede spectrale selectiviteit en hoekselectiviteit, de oscillator oscilleert op een specifieke golflengte of band om de rol van longitudinale modusselectie te bereiken, zoals weergegeven in figuur 7 (d).
Tegelijkertijd kunnen verschillende longitudinale modusselectiemethoden worden gecombineerd volgens de behoeften om de nauwkeurigheid van de longitudinale modusselectie te verbeteren, de lijnbreedte verder te verkleinen of de modusconcurrentie-intensiteit te vergroten door niet-lineaire frequentietransformatie en andere middelen te introduceren, en de uitgangsgolflengte van te vergroten. de laser terwijl u in een smalle lijnbreedte werkt, wat moeilijk te realiseren ishalfgeleider laserEnfiber lasers.
(4) Brillouin-laser
Brillouin-laser is gebaseerd op het gestimuleerde Brillouin-verstrooiingseffect (SBS) om uitvoertechnologie met lage ruis en smalle lijnbreedte te verkrijgen. Het principe ervan is via de foton en de interne akoestische veldinteractie om een bepaalde frequentieverschuiving van Stokes-fotonen te produceren, en wordt continu versterkt binnen de bandbreedte winnen.
Figuur 8 toont het niveaudiagram van SBS-conversie en de basisstructuur van de Brillouin-laser.
Vanwege de lage trillingsfrequentie van het akoestische veld is de Brillouin-frequentieverschuiving van het materiaal gewoonlijk slechts 0,1-2 cm-1, dus met een 1064 nm-laser als pomplicht is de gegenereerde Stokes-golflengte vaak slechts ongeveer 1064,01 nm, maar dit betekent ook dat de kwantumconversie-efficiëntie extreem hoog is (tot 99,99% in theorie).Omdat de Brillouin-versterkingslijnbreedte van het medium gewoonlijk slechts in de orde van MHZ-GHz ligt (de Brillouin-versterkingslijnbreedte van sommige vaste media is slechts ongeveer 10 MHz), is deze bovendien veel minder dan de versterkingslijnbreedte van de laserwerkende substantie. van de orde van 100 GHz, dus de Stokes die is opgewonden in de Brillouin-laser kan een duidelijk spectrumvernauwingsverschijnsel vertonen na meervoudige versterking in de holte, en de breedte van de uitgangslijn is verschillende ordes van grootte smaller dan de lijnbreedte van de pomp.Momenteel is de Brillouin-laser een onderzoekshotspot op het gebied van de fotonica geworden, en er zijn veel rapporten geweest over de Hz- en sub-Hz-orde van extreem smalle lijnbreedte-uitvoer.
De afgelopen jaren zijn Brillouin-apparaten met golfgeleiderstructuur opgekomen op het gebied vanmicrogolf fotonica, en ontwikkelen zich snel in de richting van miniaturisatie, hoge integratie en hogere resolutie.Bovendien is de op nieuwe kristalmaterialen zoals diamant gebaseerde Brillouin-laser de afgelopen twee jaar ook in de visie van mensen terechtgekomen, de innovatieve doorbraak in de kracht van de golfgeleiderstructuur en het cascade-SBS-knelpunt, de kracht van de Brillouin-laser tot een magnitude van 10 W, waarmee de basis werd gelegd voor uitbreiding van de toepassing ervan.
Algemeen kruispunt
Door de voortdurende verkenning van de allernieuwste kennis zijn lasers met smalle lijnbreedte een onmisbaar hulpmiddel geworden in wetenschappelijk onderzoek vanwege hun uitstekende prestaties, zoals de laserinterferometer LIGO voor detectie van zwaartekrachtgolven, die gebruik maakt van een smalle lijnbreedte met één frequentie.lasermet een golflengte van 1064 nm als zaadbron, en de lijnbreedte van het zaadlicht ligt binnen 5 kHz.Bovendien vertonen lasers met een smalle breedte, waarvan de golflengte afstembaar is en geen modussprong, ook een groot toepassingspotentieel, vooral in coherente communicatie, die perfect kan voldoen aan de behoeften van golflengteverdelingsmultiplexing (WDM) of frequentieverdelingsmultiplexing (FDM) voor golflengte (of frequentieverdeling). ) afstembaarheid, en zal naar verwachting het kernapparaat worden van de volgende generatie mobiele communicatietechnologie.
In de toekomst zal de innovatie van lasermaterialen en verwerkingstechnologie de compressie van de laserlijnbreedte, de verbetering van de frequentiestabiliteit, de uitbreiding van het golflengtebereik en de verbetering van het vermogen verder bevorderen, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor menselijke verkenning van de onbekende wereld.
Posttijd: 29 november 2023