Sot, do të prezantojmë një lazer "monokromatik" në ekstrem - lazer me gjerësi të ngushtë vije. Shfaqja e tij mbush boshllëqet në shumë fusha aplikimi të lazerit dhe vitet e fundit është përdorur gjerësisht në zbulimin e valëve gravitacionale, liDAR, sensorin e shpërndarë, komunikimin optik koherent me shpejtësi të lartë dhe fusha të tjera, i cili është një "mision" që nuk mund të përfundohet vetëm duke përmirësuar fuqinë e lazerit.
Çfarë është një lazer me gjerësi të ngushtë vije?
Termi "gjerësi e vijës" i referohet gjerësisë spektrale të vijës së lazerit në domenin e frekuencës, e cila zakonisht përcaktohet në terma të gjerësisë së plotë gjysmë-kulmore të spektrit (FWHM). Gjerësia e vijës ndikohet kryesisht nga rrezatimi spontan i atomeve ose joneve të ngacmuara, zhurma e fazës, dridhja mekanike e rezonatorit, luhatja e temperaturës dhe faktorë të tjerë të jashtëm. Sa më e vogël të jetë vlera e gjerësisë së vijës, aq më e lartë është pastërtia e spektrit, domethënë, aq më i mirë është monokromaticiteti i lazerit. Lazerët me karakteristika të tilla zakonisht kanë shumë pak zhurmë faze ose frekuence dhe shumë pak zhurmë intensiteti relativ. Në të njëjtën kohë, sa më e vogël të jetë vlera e gjerësisë lineare të lazerit, aq më e fortë është koherenca përkatëse, e cila manifestohet si një gjatësi koherence jashtëzakonisht e gjatë.
Realizimi dhe aplikimi i lazerit me gjerësi të ngushtë të vijës
I kufizuar nga gjerësia e vijës së fitimit të natyrshëm të substancës punuese të lazerit, është pothuajse e pamundur të realizohet drejtpërdrejt dalja e lazerit me gjerësi të ngushtë të vijës duke u mbështetur në vetë oscilatorin tradicional. Për të realizuar funksionimin e lazerit me gjerësi të ngushtë të vijës, zakonisht është e nevojshme të përdoren filtra, rrjeta dhe pajisje të tjera për të kufizuar ose zgjedhur modulin gjatësor në spektrin e fitimit, për të rritur ndryshimin neto të fitimit midis mënyrave gjatësore, në mënyrë që të ketë disa ose edhe vetëm një lëkundje të modës gjatësore në rezonatorin e lazerit. Në këtë proces, shpesh është e nevojshme të kontrollohet ndikimi i zhurmës në daljen e lazerit dhe të minimizohet zgjerimi i vijave spektrale të shkaktuara nga dridhjet dhe ndryshimet e temperaturës së mjedisit të jashtëm; Në të njëjtën kohë, mund të kombinohet edhe me analizën e dendësisë spektrale të zhurmës së fazës ose frekuencës për të kuptuar burimin e zhurmës dhe për të optimizuar dizajnin e lazerit, në mënyrë që të arrihet një dalje e qëndrueshme e lazerit me gjerësi të ngushtë të vijës.
Le të hedhim një vështrim në realizimin e funksionimit me gjerësi të ngushtë të vijës së disa kategorive të ndryshme të lazerëve.
Lazerët gjysmëpërçues kanë avantazhet e madhësisë kompakte, efikasitetit të lartë, jetëgjatësisë dhe përfitimeve ekonomike.
Rezonatori optik Fabry-Perot (FP) i përdorur në format tradicionalelazerë gjysmëpërçuespërgjithësisht lëkundet në modalitetin shumë-gjatësor, dhe gjerësia e vijës së daljes është relativisht e gjerë, kështu që është e nevojshme të rritet reagimi optik për të marrë daljen e gjerësisë së vijës së ngushtë.
Reagimi i shpërndarë (DFB) dhe reflektimi i shpërndarë i Bragg-ut (DBR) janë dy lazerë tipikë gjysmëpërçues të brendshëm optik të reagimit. Për shkak të hapit të vogël të rrjetës dhe selektivitetit të mirë të gjatësisë së valës, është e lehtë të arrihet një dalje e qëndrueshme me gjerësi të ngushtë të vijës me një frekuencë të vetme. Dallimi kryesor midis dy strukturave është pozicioni i rrjetës: struktura DFB zakonisht shpërndan strukturën periodike të rrjetës Bragg në të gjithë rezonatorin, dhe rezonatori i DBR zakonisht përbëhet nga struktura e rrjetës reflektuese dhe rajoni i fitimit i integruar në sipërfaqen fundore. Përveç kësaj, lazerët DFB përdorin rrjeta të integruara me kontrast të ulët të indeksit të thyerjes dhe reflektim të ulët. Lazerët DBR përdorin rrjeta sipërfaqësore me kontrast të lartë të indeksit të thyerjes dhe reflektim të lartë. Të dy strukturat kanë një gamë të madhe spektrale të lirë dhe mund të kryejnë akordimin e gjatësisë së valës pa kërcim të modës në diapazonin e disa nanometrave, ku lazeri DBR ka një gamë më të gjerë akordimi sesaLazer DFBPërveç kësaj, teknologjia e reagimit optik të zgavrës së jashtme, e cila përdor elementë optikë të jashtëm për të reagimuar dritën dalëse të çipit lazer gjysmëpërçues dhe për të zgjedhur frekuencën, mund të realizojë gjithashtu funksionimin me gjerësi të ngushtë të vijës së lazerit gjysmëpërçues.
(2) Lazerë me fibra
Lazerët me fibra kanë efikasitet të lartë të konvertimit të pompës, cilësi të mirë të rrezes dhe efikasitet të lartë çiftëzimi, të cilat janë tema të nxehta kërkimore në fushën e lazerëve. Në kontekstin e epokës së informacionit, lazerët me fibra kanë përputhshmëri të mirë me sistemet aktuale të komunikimit me fibra optike në treg. Lazeri me fibra me një frekuencë të vetme me avantazhet e gjerësisë së ngushtë të vijës, zhurmës së ulët dhe koherencës së mirë është bërë një nga drejtimet e rëndësishme të zhvillimit të tij.
Funksionimi me modalitet të vetëm gjatësor është thelbi i lazerit me fibra për të arritur dalje me gjerësi të ngushtë të vijës, zakonisht sipas strukturës së rezonatorit, lazeri me fibra me frekuencë të vetme mund të ndahet në llojin DFB, llojin DBR dhe llojin unazor. Midis tyre, parimi i funksionimit të lazerëve me fibra me frekuencë të vetme DFB dhe DBR është i ngjashëm me atë të lazerëve gjysmëpërçues DFB dhe DBR.
Siç tregohet në Figurën 1, lazeri me fibra DFB është për të shkruar rrjetën Bragg të shpërndarë në fibër. Meqenëse gjatësia e valës së punës së oscilatorit ndikohet nga perioda e fibrës, mënyra gjatësore mund të zgjidhet përmes reagimit të shpërndarë të rrjetës. Rezonatori lazer i lazerit DBR zakonisht formohet nga një palë rrjeta Bragg me fibra, dhe mënyra e vetme gjatësore zgjidhet kryesisht nga rrjeta Bragg me fibra me brez të ngushtë dhe reflektivitet të ulët. Megjithatë, për shkak të rezonatorit të gjatë, strukturës komplekse dhe mungesës së një mekanizmi efektiv të diskriminimit të frekuencës, zgavra në formë unaze është e prirur ndaj kërcimit të modës, dhe është e vështirë të punohet në mënyrë të qëndrueshme në modalitetin gjatësor konstant për një kohë të gjatë.
Figura 1, Dy struktura tipike lineare me frekuencë të vetmelazerë me fibra
Koha e postimit: 27 nëntor 2023