Haut stelle mir e "monochromatesche" Laser vir, deen extrem schmuel Linnbreet ass. Säin Opkomme fëllt d'Lücken a ville Beräicher vun der Uwendung vum Laser, an an de leschte Jore gouf en wäit verbreet an der Detektioun vu Gravitatiounswellen, LiDAR, verdeelter Detektioun, kohärenter optescher Héichgeschwindegkeetskommunikatioun an anere Beräicher agesat, wat eng "Missioun" ass, déi net nëmme mat der Verbesserung vun der Laserleistung erfëllt ka ginn.
Wat ass e schmuele Linnbreetlaser?
Den Ausdrock "Linnebreet" bezitt sech op d'spektral Linnebreet vum Laser am Frequenzberäich, déi normalerweis a Bezuch op d'Hallefpeak-Vollbreet vum Spektrum (FWHM) quantifizéiert gëtt. D'Linnebreet gëtt haaptsächlech vun der spontaner Stralung vun ugereegten Atomer oder Ionen, Phasenrauschen, mechanescher Schwéngung vum Resonator, Temperaturjitter an aner extern Faktoren beaflosst. Wat méi kleng de Wäert vun der Linnebreet ass, wat méi héich d'Reinheet vum Spektrum ass, dat heescht, wat besser d'Monochromatizitéit vum Laser ass. Laser mat sou Charakteristiken hunn normalerweis ganz wéineg Phasen- oder Frequenzrauschen a ganz wéineg relativ Intensitéitsrauschen. Gläichzäiteg, wat méi kleng de lineare Breetwäert vum Laser ass, wat méi staark déi entspriechend Kohärenz ass, déi sech als eng extrem laang Kohärenzlängt manifestéiert.
Realiséierung an Uwendung vun engem schmuele Linnenbreetlaser
Limitéiert duerch déi inherent Gewënnlinnebreet vun der Aarbechtssubstanz vum Laser, ass et bal onméiglech, d'Ausgab vum schmuele Linnebreetlaser direkt ze realiséieren andeems een sech op den traditionellen Oszillator selwer verlooss. Fir d'Funktioun vum schmuele Linnebreetlaser ze realiséieren, ass et normalerweis néideg Filter, Gitter an aner Apparater ze benotzen fir de Längsmodul am Gewënnspektrum ze limitéieren oder ze wielen, den Nettogewënnënnerscheed tëscht de Längsmodi ze erhéijen, sou datt et e puer oder souguer nëmmen eng Längsmodusoszillatioun am Laserresonator gëtt. An dësem Prozess ass et dacks néideg den Afloss vum Kaméidi op d'Laserausgab ze kontrolléieren, an d'Verbreedung vu Spektrallinnen ze minimiséieren, déi duerch d'Vibratiouns- an Temperaturännerungen vun der externer Ëmwelt verursaacht ginn; Gläichzäiteg kann et och mat der Analyse vun der Phasen- oder Frequenzkaméidispektraldichte kombinéiert ginn fir d'Quell vum Kaméidi ze verstoen an den Design vum Laser ze optimiséieren, fir eng stabil Ausgab vum schmuele Linnebreetlaser z'erreechen.
Loosst eis e Bléck op d'Realisatioun vun der Operatioun mat schmueler Linnebreet vu verschiddene Kategorien vu Laser werfen.
Hallefleiterlaser hunn d'Virdeeler vun enger kompakter Gréisst, héijer Effizienz, laanger Liewensdauer a wirtschaftlecher Virdeeler.
De Fabry-Perot (FP) optesche Resonator, deen an traditionellenHalbleiterlaseroszilléiert normalerweis am Multi-Längsmodus, an d'Ausgangslinnbreet ass relativ breet, dofir ass et néideg d'optesch Feedback ze erhéijen fir d'Ausgang mat enger schmueler Linnbreet ze kréien.
Verdeelt Feedback (DFB) a verdeelt Bragg-Reflexioun (DBR) sinn zwou typesch intern optesch Feedback-Halbleiterlaser. Wéinst dem klenge Gitterofstand an der gudder Wellelängteselektivitéit ass et einfach, eng stabil Eenfrequenz-schmuel Linnebreet-Ausgab z'erreechen. Den Haaptunterschied tëscht den zwou Strukturen ass d'Positioun vum Gitter: d'DFB-Struktur verdeelt normalerweis déi periodesch Struktur vum Bragg-Gitter am ganze Resonator, an de Resonator vum DBR besteet normalerweis aus der Reflexiounsgitterstruktur an dem Verstärkungsberäich, deen an d'Enduewerfläch integréiert ass. Zousätzlech benotzen DFB-Laseren agebett Gitteren mat engem niddrege Breechungsindexkontrast an enger niddreger Reflexivitéit. DBR-Laseren benotzen Uewerflächegitter mat engem héije Breechungsindexkontrast an enger héijer Reflexivitéit. Béid Strukturen hunn e grousse fräie Spektralberäich a kënnen eng Wellelängteofstëmmung ouni Modussprang am Beräich vun e puer Nanometer duerchféieren, woubei den DBR-Laser e méi breede Ofstëmmungsberäich huet wéi den ...DFB-LaserZousätzlech kann d'Technologie vun der optescher Feedbacktechnologie vun der externer Kavitéit, déi extern optesch Elementer benotzt fir dat ausgehend Liicht vum Hallefleiterlaserchip zréckzeféieren an d'Frequenz ze wielen, och de Betrib vum Hallefleiterlaser mat enger schmueler Linnbreet realiséieren.
(2) Glasfaserlaser
Glasfaserlaser hunn eng héich Pompelkonversiounseffizienz, eng gutt Stralqualitéit an eng héich Koppleeffizienz, déi aktuell Fuerschungsthemen am Laserberäich sinn. Am Kontext vum Informatiounszäitalter hunn Glasfaserlaser eng gutt Kompatibilitéit mat den aktuellen optesche Glasfaserkommunikatiounssystemer um Maart. De Singlefrequenz-Glasfaserlaser mat de Virdeeler vun enger schmueler Linnbreet, engem niddrege Rauschen a gudder Kohärenz ass zu enger vun de wichtege Richtungen a senger Entwécklung ginn.
Den Eenzel-Längsschnëttsmodus ass de Kär vum Faserlaser fir eng schmuel Linnbreetausgab z'erreechen, normalerweis kann den Eenzelfrequenzfaserlaser no der Struktur vum Resonator an DFB-Typ, DBR-Typ a Ranktyp opgedeelt ginn. Dorënner ass de Funktionsprinzip vun den DFB- an DBR-Eenzelfrequenzfaserlaser ähnlech wéi dee vun den DFB- an DBR-Hallefleederlaser.
Wéi an der Figur 1 gewisen, schreift en DFB-Faserlaser e verdeelt Bragg-Gitter an d'Faser. Well d'Aarbechtswellelängt vum Oszillator vun der Faserperiod beaflosst gëtt, kann de Längsmodus duerch de verdeelte Feedback vum Gitter ausgewielt ginn. De Laserresonator vum DBR-Laser besteet normalerweis aus engem Puer vu Faser-Bragg-Gitteren, an deen eenzege Längsmodus gëtt haaptsächlech duerch schmuelbandeg a geréng Reflexiounsfäegkeetsfaser-Bragg-Gitter ausgewielt. Wéinst sengem laange Resonator, senger komplexer Struktur a sengem Manktem un engem effektive Frequenzdiskriminéierungsmechanismus ass d'rankfërmeg Kavitéit awer ufälleg fir Modus-Sprangen, an et ass schwéier, stabil am konstante Längsmodus fir eng laang Zäit ze schaffen.
Figur 1, Zwee typesch linear Strukturen mat enger eenzeger FrequenzFaserlaser
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 27. November 2023