מהו אלייזר רוחב קו צר?
לייזר רוחב קו צר, המונח "רוחב קו" מתייחס לרוחב הקו הספקטרלי שללייזרבתחום התדרים, אשר בדרך כלל מכמת במונחים של רוחב מלא של חצי שיא של הספקטרום (FWHM). רוחב הקו מושפע בעיקר מקרינה ספונטנית של אטומים או יונים מעוררים, רעש פאזה, ויברציה מכנית של המהוד, ריצוד טמפרטורה וגורמים חיצוניים אחרים. ככל שערך רוחב הקו קטן יותר, כך טוהר הספקטרום גבוה יותר, כלומר, כך המונוכרומטיות של הלייזר טובה יותר. ללייזרים בעלי מאפיינים כאלה יש בדרך כלל רעש פאזה או תדר מועט מאוד ורעש עוצמה יחסי מועט מאוד. יחד עם זאת, ככל שערך הרוחב הליניארי של הלייזר קטן יותר, כך הקוהרנטיות המתאימה חזקה יותר, המתבטאת באורך קוהרנטיות ארוך במיוחד.
מימוש ויישום של לייזר רוחב קו צר
מוגבל על ידי רוחב קו ההגבר הטבועה של חומר העבודה של הלייזר, כמעט בלתי אפשרי לממש ישירות את הפלט של לייזר קו רוחב צר על ידי הסתמכות על מתנד מסורתי עצמו. על מנת לממש את פעולת לייזר קו רוחב צר, בדרך כלל יש צורך להשתמש במסננים, סריג והתקנים אחרים כדי להגביל או לבחור את מודול האורך בספקטרום ההגבר, להגדיל את הפרש ההגבר נטו בין המודים האורכיים, כך שיהיו מעט או אפילו רק תנודות אורכיות אחת במהוד הלייזר. בתהליך זה, לעתים קרובות יש צורך לשלוט בהשפעת הרעש על פלט הלייזר, ולמזער את הרחבת הקווים הספקטרליים הנגרמת על ידי שינויי רטט וטמפרטורה של הסביבה החיצונית; יחד עם זאת, ניתן גם לשלב זאת עם ניתוח צפיפות הספקטרלית של רעש פאזה או תדר כדי להבין את מקור הרעש ולמטב את תכנון הלייזר, על מנת להשיג פלט יציב של לייזר קו רוחב צר.
בואו נסתכל על מימוש פעולה ברוחב קו צר של מספר קטגוריות שונות של לייזרים.
ללייזרי מוליכים למחצה יתרונות של גודל קומפקטי, יעילות גבוהה, אורך חיים ארוך ויתרונות כלכליים.
המהוד האופטי פברי-פרו (FP) המשמש במסורתילייזרים מוליכים למחצהבדרך כלל מתנדנד במצב רב-אורכי, ורוחב קו הפלט רחב יחסית, ולכן יש צורך להגדיל את המשוב האופטי כדי לקבל פלט ברוחב קו צר.
משוב מבוזר (לייזר DFB) והחזרת בראג מבוזרת (DBR) הם שני לייזרים אופייניים למחצה בעלי משוב אופטי פנימי. בשל פסיעה קטנה של הסריגים וסלקטיביות אורך גל טובה, קל להשיג פלט יציב ברוחב קו צר בתדר יחיד. ההבדל העיקרי בין שני המבנים הוא מיקום הסריגים: מבנה לייזר DFB בדרך כלל מפזר את המבנה המחזורי של סריגת בראג ברחבי המהוד, והמהוד של ה-DBR מורכב בדרך כלל ממבנה סריגת ההחזרה ואזור ההגבר המשולב במשטח הקצה. בנוסף, לייזרי DFB משתמשים בסריגים משובצים עם ניגודיות מקדם שבירה נמוכה ורפלקטיביות נמוכה. לייזרי DBR משתמשים בסריגים משטחיים עם ניגודיות מקדם שבירה גבוהה ורפלקטיביות גבוהה. לשני המבנים טווח ספקטרלי חופשי גדול ויכולים לבצע כוונון אורך גל ללא קפיצת מצב בטווח של כמה ננומטרים, כאשר ללייזר DBR טווח כוונון רחב יותר מאשר ללייזר...לייזר DFBבנוסף, טכנולוגיית משוב אופטי בחלל חיצוני, המשתמשת באלמנטים אופטיים חיצוניים כדי להחזיר את האור היוצא משבב לייזר המוליך למחצה ולבחור את התדר, יכולה גם לממש את פעולת רוחב הקו הצר של לייזר המוליך למחצה.
(2) לייזרים סיבים
ללייזרי סיבים יעילות המרת משאבה גבוהה, איכות קרן טובה ויעילות צימוד גבוהה, שהם נושאי מחקר חמים בתחום הלייזרים. בהקשר של עידן המידע, ללייזרי סיבים יש תאימות טובה עם מערכות תקשורת סיבים אופטיים קיימות בשוק. לייזר סיבים בתדר יחיד עם יתרונות של רוחב קו צר, רעש נמוך וקוהרנטיות טובה הפך לאחד מכיווני הפיתוח החשובים שלו.
פעולה במצב אורכי יחיד היא הליבה של לייזר סיבים להשגת פלט ברוחב קו צר, בדרך כלל בהתאם למבנה המהוד של לייזר סיבים בתדר יחיד ניתן לחלק אותו לסוג DFB, סוג DBR וסוג טבעת. ביניהם, עקרון העבודה של לייזר DFB ולייזרי סיבים בתדר יחיד DBR דומה לזה של לייזרים מוליכים למחצה DFB ו-DBR.
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.
זמן פרסום: 3 ביוני 2025