Чи знаєте ви технологію вузьколінійного лазера?

Про що ви думаєте, коли думаєте про лазери? А  орудував лазерним мечем генерала Грівуса в "Зоряних війнах"? Або один із тих смертоносних лазерних каналів із Resident Evil? Або лазерні очі Скотта з Людей Ікс, які могли спалити все? Ці «лазери», як вони відомі, часто з’являються в деяких науково-фантастичних творах у формі великої потужності та високої енергії, демонструючи велику потужність (див. Малюнок 1).

У реальному житті лазери також проникли в багато галузей промисловості, від медичних галузей, таких як лазерна косметологія та лікування короткозорості, до галузей промислового виробництва, таких як лазерне маркування, різання та зварювання, а також передових наукових галузей, таких як радарне виявлення, мікроскопічне зображення та квантової комунікації, які з’явилися в останні роки. В даний час лазерна технологія зробила видатний внесок у сприяння розвитку безпеки національної оборони, біомедицини, інтелектуального виробництва та інформації.

Однак чи потрібні лазери, які нам усім потрібні, мають високу потужність і велику «смертоносність», як показано у фільмі?

Перш за все, ми повинні розглянути основні характеристики лазера, що відрізняється від традиційного джерела світла, як показано на малюнку 2, ми згадували раніше в кіно та телевізійних роботах, лазер має потужні характеристики, зазвичай пропорційні яскравості (потужності). ) лазера, але також відображає лазер має хороші характеристики спрямованості.

Крім того, в центрі уваги також монохроматичність і когерентність. Світло, випромінюване звичайним джерелом світла, зазвичай має різну частоту, тому воно містить різноманітні кольори, а різноманітні фотони, що випромінюються лазером, мають однакову частоту, тому це чудове монохроматичне джерело світла. Мало того, оскільки фотони збудженого випромінювання лазера узгоджені по фазі, існує фіксована фазова залежність між точками на поперечному перерізі лазерного променя під дією резонатора, тому порівняно зі звичайним джерелом світла когерентність лазера також чудово. У поєднанні з чудовою монохроматичністю та характеристиками когерентності лазера, навіть якщо немає потужного «ореолу» кіловат і 10 000 ват, лазери все ще можуть широко використовуватися в спектральній технології, оптичних вимірюваннях та інших галузях.

Характеристики лазера відрізняються від традиційних джерел світла

Сьогодні ми представимо "монохроматичний" лазер для екстремального - лазер з вузькою шириною лінії. Його поява заповнює прогалини в багатьох галузях застосування лазера, і в останні роки він широко використовується в детектуванні гравітаційних хвиль, liDAR, розподіленому зондуванні, високошвидкісному когерентному оптичному зв’язку та інших сферах, що є «місією», яка не може можна завершити лише шляхом покращення потужності лазера.

Реалізація та застосування вузьколінійного лазера

Обмежений внутрішньою шириною лінії підсилення робочої речовини лазера, практично неможливо безпосередньо реалізувати вихід вузьколінійного лазера, покладаючись на сам традиційний генератор. Щоб реалізувати роботу лазера з вузькою шириною лінії, зазвичай необхідно використовувати фільтри, грати та інші пристрої для обмеження або вибору поздовжнього модуля в спектрі підсилення та збільшення чистої різниці підсилення між поздовжніми модами, щоб були кілька або навіть тільки одна поздовжня мода коливань в лазерному резонаторі. У цьому процесі часто необхідно контролювати вплив шуму на вихід лазера та мінімізувати розширення спектральних ліній, викликане вібрацією та температурними змінами зовнішнього середовища; У той же час його також можна поєднати з аналізом спектральної щільності фазового або частотного шуму, щоб зрозуміти джерело шуму та оптимізувати конструкцію лазера, щоб досягти стабільного виходу лазера з вузькою шириною лінії.

Давайте подивимося на реалізацію роботи з вузькою шириною лінії кількох різних категорій лазерів.

1) Напівпровідниковий лазер

Напівпровідникові лазери мають такі переваги, як компактний розмір, висока ефективність, тривалий термін служби та економічні переваги.

Оптичний резонатор Фабрі-Перо (FP), який використовується в традиційних напівпровідникових лазерах, зазвичай коливається в багатопоздовжньому режимі, а ширина вихідної лінії є відносно великою, тому необхідно збільшити оптичний зворотний зв’язок, щоб отримати на виході вузьку лінію.

Розподілений зворотний зв'язок (DFB) і розподілене брегговське відображення (DBR) є двома типовими напівпровідниковими лазерами з внутрішнім оптичним зворотним зв'язком. Їх структури та вихідні спектри показані на фіг. 5. Завдяки малому кроку решітки та гарній вибірковості довжини хвилі легко досягти стабільного одночастотного вихідного сигналу з вузькою шириною лінії. Основна відмінність між двома структурами полягає в положенні решітки: структура DFB зазвичай розподіляє періодичну структуру решітки Брегга по всьому резонатору, а резонатор DBR зазвичай складається з структури решітки відбиття та області посилення, інтегрованої в торцеву поверхню. Крім того, лазери DFB використовують вбудовані грати з низьким контрастом показника заломлення та низькою відбивною здатністю. Лазери DBR використовують поверхневі решітки з високим контрастом показника заломлення та високою відбивною здатністю. Обидві структури мають великий вільний спектральний діапазон і можуть виконувати налаштування довжини хвилі без стрибка моди в діапазоні кількох нанометрів, де лазер DBR має ширший діапазон налаштування, ніж лазер DFB.

Крім того, технологія оптичного зворотного зв’язку із зовнішнім резонатором, яка використовує зовнішні оптичні елементи для зворотного зв’язку вихідного світла напівпровідникового лазерного чіпа та вибору частоти, також може реалізувати роботу напівпровідникового лазера з вузькою шириною лінії.

2) Волоконні лазери

Волоконні лазери мають високу ефективність перетворення накачки, хорошу якість променя та високу ефективність зв’язку, що є актуальною темою для досліджень у галузі лазерів. У контексті інформаційної ери волоконні лазери мають хорошу сумісність із поточними волоконно-оптичними системами зв’язку на ринку. Одним із важливих напрямків його розвитку став одночастотний волоконний лазер з перевагами вузької ширини лінії, низького шуму та доброї когерентності.

Робота в одному поздовжньому режимі є основою волоконного лазера для досягнення вузької ширини лінії, зазвичай відповідно до структури резонатора одночастотного волоконного лазера можна розділити на тип DFB, тип DBR і кільцевий тип. Серед них принцип роботи одночастотних волоконних лазерів DFB і DBR схожий на принцип роботи напівпровідникових лазерів DFB і DBR.

Волоконний лазер DFB записує розподілену решітку Брегга у волокно. Оскільки на робочу довжину хвилі осцилятора впливає період волокна, поздовжній режим може бути обраний розподіленим зворотним зв'язком решітки. Лазерний резонатор лазера DBR зазвичай утворений парою волоконних бреггівських ґраток, а єдина поздовжня мода в основному вибирається вузькосмуговою волоконною бреггівською ґраткою з низьким коефіцієнтом відбиття. Однак через довгий резонатор, складну структуру та відсутність ефективного механізму дискримінації частоти кільцеподібний резонатор схильний до стрибків моди, і йому важко стабільно працювати в постійному поздовжньому режимі протягом тривалого часу.

3) Твердотільний лазер

У 1960 році першим у світі рубіновим лазером був твердотільний лазер, який характеризувався високою вихідною енергією та більшим охопленням довжини хвилі. Унікальна просторова структура твердотільного лазера робить його більш гнучким у розробці вихідного сигналу з вузькою шириною лінії. На даний момент основні застосовані методи включають метод короткої порожнини, метод односторонньої кільцевої порожнини, внутрішньопорожнинний стандартний метод, метод порожнини в режимі крутильного маятника, метод об’ємної решітки Брегга та метод ін’єкції затравки.

Контактна інформація:

Якщо у вас є якісь ідеї, не соромтеся поговорити з нами. Незалежно від того, де знаходяться наші клієнти та які наші вимоги, ми будемо слідувати нашій меті надавати нашим клієнтам високу якість, низькі ціни та найкращий сервіс.