כיום, נציג לייזר "מונוכרומטי" לייזר קיצוני -קו קיצוני. הופעתו ממלאת את הפערים בשדות יישומים רבים של לייזר, ובשנים האחרונות נמצאה בשימוש נרחב בגילוי גל כבידה, לידר, חישה מופצת, תקשורת אופטית קוהרנטית במהירות גבוהה ושדות אחרים, שהיא "משימה" שלא ניתן להשלים רק על ידי שיפור כוח הלייזר.
מהו לייזר רוחב קו צרה?
המונח "רוחב קו" מתייחס לרוחב הקו הספקטרלי של הלייזר בתחום התדרים, אשר בדרך כלל מכמת מבחינת הרוחב המלא של חצי השיא של הספקטרום (FWHM). רוחב הקו מושפע בעיקר מהקרינה הספונטנית של אטומים או יונים נרגשים, רעש פאזה, רטט מכני של התהודה, ריצוד טמפרטורה וגורמים חיצוניים אחרים. ככל שערך רוחב הקו קטן יותר, כך טוהר הספקטרום גבוה יותר, כלומר, המונוכרומטיות של הלייזר טוב יותר. בלייזרים עם מאפיינים כאלה יש בדרך כלל מעט מאוד רעש שלב או תדר ומעט מאוד רעש בעוצמה יחסית. במקביל, ככל שערך הרוחב הליניארי הקטן יותר של הלייזר, כך הקוהרנטיות המתאימה יותר, המתבטאת כאורך קוהרנטיות ארוך במיוחד.
מימוש ויישום של לייזר רוחב קו צרה
מוגבלת על ידי רווח קו הרווח המובנה של החומר העובד של הלייזר, כמעט בלתי אפשרי לממש ישירות את התפוקה של לייזר הרוחב הצר על ידי הסתמכות על המתנד המסורתי עצמו. על מנת לממש את פעולת לייזר רוחב קו צרה, בדרך כלל יש צורך להשתמש בפילטרים, גרידה ומכשירים אחרים כדי להגביל או לבחור את המודולוס האורך בספקטרום הרווח, הגדילו את הפרש הרווח נטו בין מצבי האורך, כך שישנם רק כמה או רק מצב אורך אחד בתנודה באורכיים במצב הלייזר. בתהליך זה, לעיתים קרובות יש לשלוט בהשפעת הרעש על תפוקת הלייזר, ולמזער את הרחבת הקווים הספקטרליים הנגרמים כתוצאה משינויי הרטט והטמפרטורה של הסביבה החיצונית; יחד עם זאת, ניתן לשלב אותו גם עם ניתוח צפיפות הספקטרלית של שלב או תדר כדי להבין את מקור הרעש ולייעל את תכנון הלייזר, כדי להשיג תפוקה יציבה של לייזר הרוחב הצר.
בואו נסתכל על מימוש פעולת רוחב קו צרה של כמה קטגוריות שונות של לייזרים.
לייזרי מוליכים למחצה הם בעלי היתרונות של גודל קומפקטי, יעילות גבוהה, חיים ארוכים ויתרונות כלכליים.
התהודה האופטית של פאברי-פרוט (FP) המשמשת במסורתלייזרים מוליכים למחצהבדרך כלל מתנדנד במצב רב-לונגיניני, ורוחב קו הפלט רחב יחסית, ולכן יש צורך להגביר את המשוב האופטי כדי להשיג את הפלט של רוחב הקו הצר.
משוב מבוזר (DFB) ושתקפות Bragg מופצת (DBR) הם שני לייזרי מוליכים למחצה מוליכים למחצה אופטיים אופטיים אופטיים. בשל המגרש הקטן והסלקטיביות באורך הגל, קל להשיג תפוקת רוחב צרה בתדר יחיד יציב. ההבדל העיקרי בין שני המבנים הוא מיקום הסורג: מבנה ה- DFB בדרך כלל מפיץ את המבנה התקופתי של גריד בראג בכל התהודה, והתהודה של ה- DBR מורכבת בדרך כלל ממבנה הגרידה של השתקפות ואזור הרווח המשולב במשטח הקצה. בנוסף, לייזרי DFB משתמשים בסורגים משובצים עם ניגודיות מדד שבירה נמוכה והשתקפות נמוכה. לייזרי DBR משתמשים בסגולות פני השטח עם ניגודיות אינדקס שבירה גבוהה והשתקפות גבוהה. לשני המבנים טווח ספקטרלי גדול בחינם ויכולים לבצע כוונון באורך גל ללא קפיצה למצב בטווח של כמה ננומטרים, שם לייזר ה- DBR יש טווח כוונון רחב יותר מאשרלייזר DFBו בנוסף, טכנולוגיית המשוב האופטי בחלל החיצוני, המשתמשת באלמנטים אופטיים חיצוניים כדי לשוב את האור היוצא של שבב הלייזר המוליך למחצה ולבחור את התדר, יכולה גם לממש את פעולת הרוחב הצרה של לייזר המוליכים למחצה.
(2) לייזרי סיבים
לייזרי סיבים יש יעילות המרה גבוהה של משאבה, איכות קרן טובה ויעילות צימוד גבוהה, שהם נושאי המחקר החמים בשדה הלייזר. בהקשר של עידן המידע, לייזרי סיבים תאימות טובה למערכות תקשורת סיבים אופטיים נוכחיים בשוק. לייזר הסיבים התדרים החד-תדרים עם היתרונות של רוחב קו צר, רעש נמוך וקוהרנטיות טובה הפך לאחד הכיוונים החשובים להתפתחותו.
פעולת מצב אורכי יחידה היא ליבת לייזר סיבים כדי להשיג פלט רוחב קו צרה, בדרך כלל על פי מבנה התהודה של לייזר סיבים תדר יחיד ניתן לחלק לסוג DFB, סוג DBR וסוג הטבעת. ביניהם, העיקרון העובד של לייזרי סיבים תדרים יחיד של DFB ו- DBR דומה לזה של לייזרי DFB ו- DBR למחצה מוליכים למחצה.
כפי שמוצג באיור 1, לייזר סיבי DFB הוא לכתוב סורג בראג מופץ לסיב. מכיוון שאורך הגל העובד של המתנד מושפע מתקופת הסיבים, ניתן לבחור את מצב האורך דרך המשוב המופץ של הסורג. מהוד הלייזר של לייזר DBR נוצר בדרך כלל על ידי זוג סיבי סיבים בראג, ומצב האורך היחיד נבחר בעיקר על ידי פס צרה וסגרי ברג של סיבי הרפלקטיביות נמוכים. עם זאת, בגלל התהודה הארוכה שלו, המבנה המורכב והיעדר מנגנון אפליה תדרים יעיל, חלל בצורת טבעת מועד לקפיצת מצב, וקשה לעבוד יציב במצב אורכי קבוע במשך זמן רב.
איור 1, שני מבנים לינאריים טיפוסיים בתדר יחידלייזרי סיבים
זמן הודעה: נובמבר -7-2023