טכנולוגיית לייזר ברוחב קו צר חלק שני

טכנולוגיית לייזר ברוחב קו צר חלק שני

(3)לייזר במצב מוצק

בשנת 1960, לייזר האודם הראשון בעולם היה לייזר במצב מוצק, המאופיין באנרגיית פלט גבוהה וכיסוי אורך גל רחב יותר. המבנה המרחבי הייחודי של לייזר במצב מוצק הופך אותו לגמיש יותר בתכנון פלט ברוחב קו צר. כיום, השיטות העיקריות המיושמות כוללות שיטת חלל קצר, שיטת חלל טבעת חד כיווני, שיטת סטנדרטית תוך-חללית, שיטת חלל במצב מטוטלת פיתול, שיטת סריג בראג נפחי ושיטת הזרקת זרעים.

איור 7 מציג את המבנה של מספר לייזרים אופייניים במצב אורכי יחיד.

איור 7(א) מציג את עקרון העבודה של בחירת מצב אורכי יחיד המבוסס על תקן FP בתוך חלל הגל, כלומר, ספקטרום השידור בעל רוחב קו צר של התקן משמש להגדלת אובדן של מצבים אורכיים אחרים, כך שמצבים אורכיים אחרים מסוננים בתהליך תחרות המצבים עקב העברתם הקטנה, על מנת להשיג פעולה במצב אורכי יחיד. בנוסף, ניתן להשיג טווח מסוים של פלט כוונון אורך גל על ​​ידי שליטה בזווית ובטמפרטורה של תקן FP ושינוי מרווח המצבים האורכי. איור 7(ב) ו-(ג) מציגים את מתנד הטבעת הלא מישורי (NPRO) ואת שיטת חלל מצב המטוטלת הפיתולית המשמשים להשגת פלט מצב אורכי יחיד. עקרון העבודה הוא לגרום לקרן להתפשט בכיוון יחיד במהוד, לבטל ביעילות את ההתפלגות המרחבית הלא אחידה של מספר החלקיקים ההפוכים בחלל הגל העומד הרגיל, ובכך להימנע מהשפעת אפקט שריפת החורים המרחביים כדי להשיג פלט מצב אורכי יחיד. עקרון בחירת המצבים של סריג בראג (VBG) דומה לזה של לייזרים בעלי רוחב קו צר של מוליכים למחצה וסיבים שהוזכרו קודם לכן, כלומר, באמצעות VBG כאלמנט מסנן, בהתבסס על הסלקטיביות הספקטרלית והסלקטיביות הזוויתית הטובה שלו, המתנד מתנדנד באורך גל או פס ספציפיים כדי להשיג את תפקיד בחירת המצבים האורכיים, כפי שמוצג באיור 7(ד).
במקביל, ניתן לשלב מספר שיטות בחירת מצב אורכי בהתאם לצרכים כדי לשפר את דיוק בחירת המצב האורכי, לצמצם עוד יותר את רוחב הקו, או להגדיל את עוצמת תחרות המצבים על ידי הכנסת טרנספורמציה לא ליניארית של תדרים ואמצעים אחרים, ולהרחיב את אורך הגל של הפלט של הלייזר תוך כדי פעולה ברוחב קו צר, דבר שקשה לעשות עבור...לייזר מוליך למחצהולייזרי סיבים.

(4) לייזר ברילואן

לייזר ברילואן מבוסס על אפקט פיזור ברילואן מגורה (SBS) להשגת טכנולוגיית פלט בעלת רעש נמוך ורוחב קו צר. העיקרון שלו הוא באמצעות אינטראקציה בין פוטון לשדה אקוסטי פנימי לייצר שינוי תדר מסוים של פוטוני סטוקס, והוא מוגבר באופן רציף בתוך רוחב הפס של ההגבר.

איור 8 מציג את דיאגרמת הרמות של המרת SBS ואת המבנה הבסיסי של לייזר ברילואן.

בשל תדירות הרטט הנמוכה של השדה האקוסטי, תדר הברילואן של החומר הוא בדרך כלל רק 0.1-2 ס"מ-1, כך שעם לייזר 1064 ננומטר כאור משאבה, אורך הגל של סטוקס שנוצר הוא לרוב רק כ-1064.01 ננומטר, אך משמעות הדבר היא גם שיעילות ההמרה הקוונטית שלו גבוהה ביותר (עד 99.99% בתיאוריה). בנוסף, מכיוון שרוחב קו ההגבר של הברילואן של התווך הוא בדרך כלל רק בסדר גודל של MHz-GHz (רוחב קו ההגבר של הברילואן של חלק מהתווכים המוצקים הוא רק כ-10 MHz), הוא קטן בהרבה מרוחב קו ההגבר של חומר העבודה של הלייזר בסדר גודל של 100 GHz, כך, הסטוקס המעורר בלייזר ברילואן יכול להראות תופעת הצטמצמות ספקטרום ברורה לאחר הגברה מרובה בחלל, ורוחב קו הפלט שלו צר בכמה סדרי גודל מרוחב קו המשאבה. כיום, לייזר ברילואן הפך למוקד מחקר בתחום הפוטוניקה, ופורסמו דיווחים רבים על סדר הרץ והתת-הרץ של פלט רוחב קו צר במיוחד.

בשנים האחרונות צצו התקני ברילואן בעלי מבנה מוליך גל בתחום ה-פוטוניקה של מיקרוגל, ומתפתחים במהירות בכיוון של מזעור, אינטגרציה גבוהה ורזולוציה גבוהה יותר. בנוסף, לייזר ברילואן הפועל בחלל, המבוסס על חומרי גביש חדשים כמו יהלום, נכנס גם הוא לתודעת האנשים בשנתיים האחרונות, פריצת הדרך החדשנית שלו בעוצמת מבנה מוליך הגל ובקבוק SBS המדורג, שהעלתה את עוצמת לייזר ברילואן לעוצמה של 10 וואט, והניחה את היסודות להרחבת יישומו.
צומת כללי
עם החקירה המתמשכת של ידע חדשני, לייזרים בעלי רוחב קו צר הפכו לכלי הכרחי במחקר מדעי בזכות ביצועיהם המצוינים, כגון אינטרפרומטר הלייזר LIGO לגילוי גלי כבידה, המשתמש בלייזר בעל רוחב קו צר בתדר יחיד.לייזרעם אורך גל של 1064 ננומטר כמקור זרע, ורוחב הקו של אור הזרע הוא בטווח של 5 קילוהרץ. בנוסף, לייזרים בעלי רוחב צר עם אפשרות כוונון אורך גל וללא קפיצת מצבים מראים גם פוטנציאל יישום גדול, במיוחד בתקשורת קוהרנטית, שיכולים לענות בצורה מושלמת על הצרכים של ריבוב חלוקת אורך גל (WDM) או ריבוב חלוקת תדר (FDM) לצורך כוונון אורך גל (או תדר), וצפוי להפוך למכשיר הליבה של הדור הבא של טכנולוגיית התקשורת הניידת.
בעתיד, החדשנות בחומרי לייזר וטכנולוגיית עיבוד תקדם עוד יותר את דחיסת רוחב הקו של הלייזר, את שיפור יציבות התדרים, את הרחבת טווח אורכי הגל ואת שיפור ההספק, ויסלול את הדרך לחקר אנושי של העולם הלא נודע.