Tecnologia laser a larghezza di linea ridotta, parte seconda
Nel 1960, il primo laser a rubino al mondo era un laser a stato solido, caratterizzato da un'elevata energia in uscita e da una copertura della lunghezza d'onda più ampia. L'esclusiva struttura spaziale del laser a stato solido lo rende più flessibile nella progettazione di output con larghezza di linea ridotta. Attualmente, i principali metodi implementati includono il metodo della cavità corta, il metodo della cavità anulare unidirezionale, il metodo standard intracavità, il metodo della cavità in modalità pendolo di torsione, il metodo del reticolo di Bragg del volume e il metodo dell'iniezione di semi.
La Figura 7 mostra la struttura di diversi tipici laser a stato solido a modalità longitudinale singola.
La Figura 7 (a) mostra il principio di funzionamento della selezione della modalità longitudinale singola basata sullo standard FP in cavità, ovvero lo spettro di trasmissione a larghezza di linea stretta dello standard viene utilizzato per aumentare la perdita di altre modalità longitudinali, in modo che altre modalità longitudinali vengono filtrati nel processo di competizione tra modalità a causa della loro piccola trasmittanza, in modo da ottenere un funzionamento in modalità longitudinale singola. Inoltre, è possibile ottenere un certo intervallo di uscita di sintonizzazione della lunghezza d'onda controllando l'angolo e la temperatura dello standard FP e modificando l'intervallo della modalità longitudinale. FICO. 7(b) e (c) mostrano l'oscillatore ad anello non planare (NPRO) e il metodo della cavità in modalità pendolo torsionale utilizzato per ottenere un'unica uscita in modalità longitudinale. Il principio di funzionamento è quello di far propagare il raggio in un'unica direzione nel risonatore, eliminare efficacemente la distribuzione spaziale irregolare del numero di particelle invertite nella normale cavità delle onde stazionarie e quindi evitare l'influenza dell'effetto di combustione del foro spaziale per ottenere un uscita in modalità longitudinale singola. Il principio di selezione della modalità del reticolo di Bragg (VBG) è simile a quello dei laser a semiconduttore e fibra a larghezza di linea stretta menzionati in precedenza, ovvero utilizzando VBG come elemento filtrante, in base alla sua buona selettività spettrale e selettività angolare, l'oscillatore oscilla a una lunghezza d'onda o banda specifica per svolgere il ruolo di selezione della modalità longitudinale, come mostrato nella Figura 7 (d).
Allo stesso tempo, diversi metodi di selezione della modalità longitudinale possono essere combinati in base alle esigenze per migliorare la precisione di selezione della modalità longitudinale, restringere ulteriormente la larghezza di linea o aumentare l'intensità della competizione tra modalità introducendo una trasformazione di frequenza non lineare e altri mezzi ed espandere la lunghezza d'onda di uscita di il laser mentre si opera in una larghezza di linea ridotta, cosa difficile da ottenerelaser a semiconduttoreElaser a fibra.
(4)Laser Brillouin
Il laser Brillouin si basa sull'effetto di scattering Brillouin stimolato (SBS) per ottenere una tecnologia di uscita a basso rumore e con larghezza di linea ridotta, il suo principio è attraverso l'interazione del fotone e del campo acustico interno per produrre un certo spostamento di frequenza dei fotoni di Stokes ed è continuamente amplificato all'interno dell'effetto guadagnare larghezza di banda.
La Figura 8 mostra il diagramma di livello della conversione SBS e la struttura di base del laser Brillouin.
A causa della bassa frequenza di vibrazione del campo acustico, lo spostamento della frequenza Brillouin del materiale è solitamente solo di 0,1-2 cm-1, quindi con il laser da 1064 nm come luce della pompa, la lunghezza d'onda di Stokes generata è spesso solo di circa 1064,01 nm, ma ciò significa anche che la sua efficienza di conversione quantistica è estremamente elevata (fino al 99,99% in teoria). Inoltre, poiché la larghezza di linea di guadagno Brillouin del mezzo è solitamente solo dell'ordine di MHZ-ghz (la larghezza di linea di guadagno Brillouin di alcuni mezzi solidi è solo di circa 10 MHz), è molto inferiore alla larghezza di linea di guadagno della sostanza di lavoro del laser dell'ordine di 100 GHz, quindi, lo Stokes eccitato nel laser Brillouin può mostrare un evidente fenomeno di restringimento dello spettro dopo amplificazione multipla nella cavità e la larghezza della linea di uscita è di diversi ordini di grandezza inferiore alla larghezza della linea della pompa. Al momento, il laser Brillouin è diventato un punto caldo della ricerca nel campo della fotonica e ci sono stati molti rapporti sull'ordine Hz e sub-Hz di un'uscita con larghezza di linea estremamente ridotta.
Negli ultimi anni sono emersi nel campo dei dispositivi Brillouin con struttura a guida d'ondafotonica a microonde, e si stanno sviluppando rapidamente nella direzione della miniaturizzazione, dell'elevata integrazione e della risoluzione più elevata. Inoltre, negli ultimi due anni è entrato nella visione delle persone anche il laser Brillouin spaziale basato su nuovi materiali cristallini come il diamante, la sua svolta innovativa nella potenza della struttura della guida d'onda e il collo di bottiglia SBS a cascata, la potenza del laser Brillouin a 10 W di magnitudo, ponendo le basi per espandere la sua applicazione.
Giunzione generale
Con la continua esplorazione di conoscenze all'avanguardia, i laser a larghezza di linea stretta sono diventati uno strumento indispensabile nella ricerca scientifica con le loro eccellenti prestazioni, come l'interferometro laser LIGO per il rilevamento delle onde gravitazionali, che utilizza un laser a larghezza di linea stretta a frequenza singolalasercon una lunghezza d'onda di 1064 nm come sorgente seme e la larghezza di linea della luce seme è entro 5 kHz. Inoltre, i laser a larghezza ridotta con lunghezza d'onda regolabile e senza salto modale mostrano anche un grande potenziale applicativo, soprattutto nelle comunicazioni coerenti, che possono soddisfare perfettamente le esigenze del multiplexing a divisione di lunghezza d'onda (WDM) o del multiplexing a divisione di frequenza (FDM) per lunghezza d'onda (o frequenza). ) possibilità di regolazione e dovrebbe diventare il dispositivo principale della prossima generazione di tecnologie di comunicazione mobile.
In futuro, l’innovazione dei materiali laser e della tecnologia di lavorazione promuoverà ulteriormente la compressione della larghezza di linea del laser, il miglioramento della stabilità della frequenza, l’espansione della gamma di lunghezze d’onda e il miglioramento della potenza, aprendo la strada all’esplorazione umana del mondo sconosciuto.
Orario di pubblicazione: 29 novembre 2023