טכנולוגיית לייזר עם רוחב קו צר חלק שני

טכנולוגיית לייזר עם רוחב קו צר חלק שני

(3)לייזר במצב מוצק

בשנת 1960, לייזר האודם הראשון בעולם היה לייזר מוצק, המאופיין באנרגיית פלט גבוהה ובכיסוי רחב יותר באורך גל. המבנה המרחבי הייחודי של לייזר במצב מוצק הופך אותו לגמיש יותר בתכנון של פלט ברוחב קו צר. כיום, השיטות העיקריות המיושמות כוללות שיטת חלל קצר, שיטת חלל טבעת חד-כיוונית, שיטה סטנדרטית תוך חלל, שיטת חלל מצב מטוטלת פיתול, שיטת נפח Bragg grating ושיטת הזרקת זרעים.

איור 7 מציג את המבנה של מספר לייזרים טיפוסיים במצב מוצק אורכי.

איור 7(א) מציג את עיקרון העבודה של בחירת מצב אורכי יחיד המבוססת על תקן FP in-cavity, כלומר, ספקטרום השידור ברוחב הקו הצר של התקן משמש להגדלת האובדן של מצבי אורך אחרים, כך שמצבי אורך אחרים מסוננים בתהליך התחרות במצבים בשל השידור הקטן שלהם, כדי להשיג פעולה אחת במצב אורך. בנוסף, ניתן לקבל טווח מסוים של פלט כוונון אורך גל על ​​ידי שליטה בזווית ובטמפרטורה של תקן FP ושינוי מרווח המצבים האורך. תְאֵנָה. 7(ב) ו-(ג) מציגים את מתנד הטבעת הלא מישורית (NPRO) ואת שיטת חלל מצב המטוטלת הפיתול המשמשת להשגת פלט מצב אורכי יחיד. עקרון העבודה הוא לגרום לקרן להתפשט בכיוון יחיד במהוד, לחסל למעשה את ההתפלגות המרחבית הלא אחידה של מספר החלקיקים ההפוכים בחלל הגל העומד הרגיל, ובכך למנוע את ההשפעה של אפקט שריפת החור המרחבי להשגת פלט מצב אורך יחיד. העיקרון של בחירת מצב Bragg grating (VBG) בתפזורת דומה לזה של לייזרים ברוחב קו צר של מוליכים למחצה וסיבים שהוזכרו קודם לכן, כלומר על ידי שימוש ב-VBG כאלמנט מסנן, על בסיס הסלקטיביות הספקטרלית הטובה שלו וסלקטיביות הזווית, המתנד מתנודד באורך גל או פס מסוים כדי להשיג את התפקיד של בחירת מצב אורכי, 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 להגביר את עוצמת התחרות במצב על ידי הצגת טרנספורמציה של תדר לא ליניארי ואמצעים אחרים, ולהרחיב את אורך הגל הפלט של הלייזר בזמן פעולה ברוחב קו צר, שקשה לעשות עבורולייזר מוליכים למחצהולייזרים סיבים.

(4) לייזר ברילואין

לייזר Brillouin מבוסס על אפקט פיזור Brillouin מגורה (SBS) להשגת טכנולוגיית פלט של רעש נמוך ורוחב קו צר, העיקרון שלו הוא דרך הפוטון והאינטראקציה הפנימית של השדה האקוסטי לייצר שינוי תדר מסוים של פוטוני סטוקס, והוא מוגבר באופן רציף בתוך הפוטון. להרוויח רוחב פס.

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

בשל תדירות הרטט הנמוכה של השדה האקוסטי, הסטת תדר ה-Brillouin של החומר היא בדרך כלל רק 0.1-2 ס"מ-1, כך שעם לייזר 1064 ננומטר כאור המשאבה, אורך הגל של סטוקס הנוצר הוא לרוב רק כ-1064.01 ננומטר, אך זה גם אומר שיעילות ההמרה הקוונטית שלו גבוהה במיוחד (עד 99.99% בתיאוריה). בנוסף, מכיוון שרוחב קו ההגברה של ה-Brillouin של המדיום הוא בדרך כלל רק בסדר גודל של MHZ-ghz (רוחב הקו של ה-Brillouin של מדיה מוצקה הוא רק כ-10 מגה-הרץ), הוא קטן בהרבה מרוחב קו ההגבר של החומר הפועל בלייזר בסדר גודל של 100 גיגה-הרץ, לכן, The Stokes נרגשים בלייזר Brillouin יכולים להראות תופעת צמצום ספקטרום ברורה לאחר הגברה מרובה בחלל, ורוחב קו המוצא שלו צר בכמה סדרי גודל מרוחב קו המשאבה. כיום, לייזר Brillouin הפך למוקד מחקר בתחום הפוטוניקה, והיו דיווחים רבים על סדרי ה-Hz ותת-הרץ של פלט ברוחב קו צר במיוחד.

בשנים האחרונות צצו מכשירי Brillouin בעלי מבנה מוליך גל בתחום שלפוטוניקת מיקרוגל, ומתפתחים במהירות בכיוון של מזעור, אינטגרציה גבוהה ורזולוציה גבוהה יותר. בנוסף, הלייזר ברילוין הפועל בחלל המבוסס על חומרי קריסטל חדשים כמו יהלום נכנס גם הוא לחזון האנשים בשנתיים האחרונות, פריצת הדרך החדשנית שלו בכוחו של מבנה מוליך הגל ובצוואר הבקבוק המפל של SBS, כוחו של הלייזר ברילואין. לגודל 10 W, מה שמניח את הבסיס להרחבת היישום שלו.
צומת כללי
עם חקירה מתמשכת של ידע חדשני, לייזרים ברוחב קו צר הפכו לכלי הכרחי במחקר מדעי עם הביצועים המצוינים שלהם, כגון אינטרפרומטר הלייזר LIGO לזיהוי גלי כבידה, המשתמש ברוחב קו צר בתדר אחד.לייזרעם אורך גל של 1064 ננומטר כמקור זרע, ורוחב הקו של אור הזרע הוא בטווח של 5 קילו-הרץ. בנוסף, לייזרים ברוחב צר עם כוונון אורך גל וללא קפיצת מצב מציגים גם פוטנציאל יישום גדול, במיוחד בתקשורת קוהרנטית, שיכולה לענות בצורה מושלמת על הצרכים של ריבוי חלוקת אורך גל (WDM) או ריבוי חלוקת תדרים (FDM) עבור אורך גל (או תדר) ) כוונון, וצפוי להפוך למכשיר הליבה של הדור הבא של טכנולוגיית תקשורת סלולרית.
בעתיד, החדשנות של חומרי הלייזר וטכנולוגיית העיבוד תקדם עוד יותר את הדחיסה של רוחב קו הלייזר, שיפור יציבות התדרים, הרחבת טווח אורכי הגל ושיפור הכוח, ותסלול את הדרך לחקירה אנושית של העולם הלא נודע.