امروز ، ما یک لیزر "تک رنگ" را به لیزر گسترده - باریک خط باریک معرفی خواهیم کرد. ظهور آن شکاف ها را در بسیاری از زمینه های کاربردی لیزر پر می کند ، و در سالهای اخیر به طور گسترده در تشخیص موج گرانشی ، LIDAR ، سنجش توزیع شده ، ارتباطات نوری منسجم با سرعت بالا و سایر زمینه ها مورد استفاده قرار گرفته است ، که این یک "مأموریت" است که تنها با بهبود قدرت لیزر نمی تواند تکمیل شود.
لیزر باریک خط باریک چیست؟
اصطلاح "عرض خط" به عرض خط طیفی لیزر در دامنه فرکانس اشاره دارد ، که معمولاً از نظر عرض کامل اوج طیف (FWHM) اندازه گیری می شود. پهنای خط عمدتاً تحت تأثیر تابش خود به خودی اتم ها یا یون های هیجان زده ، نویز فاز ، لرزش مکانیکی تشدید کننده ، جهش دما و سایر فاکتورهای خارجی قرار دارد. هرچه مقدار عرض خط کوچکتر باشد ، خلوص طیف بیشتر می شود ، یعنی تک رنگ لیزر بهتر می شود. لیزرهایی با چنین خصوصیاتی معمولاً دارای نویز فاز یا فرکانس بسیار کمی و نویز شدت نسبی بسیار کمی هستند. در عین حال ، هرچه مقدار عرض خطی لیزر کوچکتر باشد ، انسجام مربوطه را قوی تر می کند ، که به عنوان یک طول انسجام بسیار طولانی ظاهر می شود.
تحقق و استفاده از لیزر باریک خط باریک
محدود به خطوط عرض ذاتی از ماده کار لیزر ، تقریباً غیرممکن است که مستقیماً با تکیه بر خود نوسان ساز سنتی ، تولید لیزر باریک خط باریک را تحقق بخشید. به منظور تحقق عملکرد لیزر باریک خط باریک ، معمولاً لازم است از فیلترها ، توری ها و سایر دستگاه ها برای محدود کردن یا انتخاب مدول طولی در طیف افزایش ، اختلاف افزایش خالص بین حالت های طولی را افزایش دهید ، به طوری که تعداد کمی یا حتی تنها یک نوسان حالت طولی در طنین انداز لیزر وجود دارد. در این فرآیند ، اغلب کنترل تأثیر نویز بر روی خروجی لیزر و به حداقل رساندن گسترش خطوط طیفی ناشی از لرزش و تغییر دما محیط خارجی ضروری است. در عین حال ، می توان آن را با تجزیه و تحلیل چگالی طیفی نویز فاز یا فرکانس برای درک منبع سر و صدا و بهینه سازی طراحی لیزر ترکیب کرد ، تا بتواند به خروجی پایدار لیزر باریک خط دسترسی پیدا کند.
بیایید نگاهی به تحقق عملکرد باریک خط از چندین دسته مختلف لیزر بیندازیم.
لیزرهای نیمه هادی مزایای اندازه جمع و جور ، راندمان بالا ، عمر طولانی و مزایای اقتصادی را دارند.
طنین انداز نوری Fabry-Perot (FP) که در سنتی استفاده می شودلیزرهای نیمه هادیبه طور کلی نوسان در حالت چند منظوره ، و عرض خط خروجی نسبتاً گسترده است ، بنابراین لازم است بازخورد نوری را برای به دست آوردن خروجی عرض خط باریک افزایش دهید.
بازخورد توزیع شده (DFB) و بازتاب BRAGG توزیع شده (DBR) دو لیزر نیمه هادی بازخورد نوری داخلی هستند. با توجه به زمین کوچک توری و انتخاب طول موج خوب ، دستیابی به خروجی خطوط باریک باریک تک فرکانس آسان است. تفاوت اصلی بین دو ساختار ، موقعیت توری است: ساختار DFB معمولاً ساختار دوره ای تورینگ براگ را در سراسر تشدید کننده توزیع می کند ، و تشدید کننده DBR معمولاً از ساختار توری بازتاب و منطقه افزایش در سطح انتهایی تشکیل شده است. علاوه بر این ، لیزرهای DFB از توری های تعبیه شده با کنتراست ضریب شکست کم و بازتاب کم استفاده می کنند. لیزرهای DBR از توری های سطحی با کنتراست ضریب شکست بالا و بازتاب زیاد استفاده می کنند. هر دو ساختار دارای یک دامنه طیفی آزاد بزرگ هستند و می توانند تنظیم طول موج را بدون پرش حالت در محدوده چند نانومتر انجام دهند ، جایی که لیزر DBR دارای محدوده تنظیم گسترده تری نسبت بهلیزر DFBبشر علاوه بر این ، فناوری بازخورد نوری حفره خارجی ، که از عناصر نوری خارجی برای بازخورد نور خروجی تراشه لیزر نیمه هادی استفاده می کند و فرکانس را انتخاب می کند ، همچنین می تواند عملکرد باریک خط لیزر نیمه هادی را تحقق بخشد.
(2) لیزرهای فیبر
لیزرهای فیبر دارای راندمان تبدیل پمپ بالا ، کیفیت پرتو خوب و راندمان اتصال بالا هستند که موضوعات تحقیقاتی داغ در زمینه لیزر هستند. در زمینه سن اطلاعات ، لیزرهای فیبر سازگاری خوبی با سیستم های ارتباطی فیبر نوری فعلی در بازار دارند. لیزر فیبر یک فرکانس با مزایای عرض خط باریک ، سر و صدای کم و انسجام خوب به یکی از مسیرهای مهم توسعه آن تبدیل شده است.
عملکرد حالت طولی تک هسته ای از لیزر فیبر برای دستیابی به خروجی عرض خط باریک است ، معمولاً با توجه به ساختار تشدید کننده لیزر فیبر فرکانس تک می تواند به نوع DFB ، نوع DBR و نوع حلقه تقسیم شود. در میان آنها ، اصل کار لیزرهای فیبر یک فرکانس DFB و DBR شبیه به لیزرهای نیمه هادی DFB و DBR است.
همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است ، لیزر فیبر DFB برای نوشتن توری براگ توزیع شده در فیبر است. از آنجا که طول موج کار نوسان ساز تحت تأثیر دوره فیبر قرار دارد ، می توان حالت طولی را از طریق بازخورد توزیع شده از توری انتخاب کرد. تشدید کننده لیزر لیزر DBR معمولاً توسط یک جفت توری فیبر براگ تشکیل می شود ، و حالت طولی واحد عمدتاً توسط باند باریک و توری های فیبر بازتابی کم انتخاب می شود. با این حال ، به دلیل تشدید کننده طولانی ، ساختار پیچیده و عدم وجود مکانیسم تبعیض فرکانس مؤثر ، حفره حلقه شکل مستعد ابتلا به حالت است و کار پایدار در حالت طولی ثابت برای مدت طولانی دشوار است.
شکل 1 ، دو ساختار خطی معمولی از فرکانس تکلیزر فیبر
زمان پست: نوامبر -27-2023