Công nghệ Laser băng thông hẹp Phần thứ hai
Năm 1960, laser ruby đầu tiên trên thế giới là laser trạng thái rắn, có đặc điểm là năng lượng đầu ra cao và phạm vi bước sóng rộng hơn. Cấu trúc không gian độc đáo của laser trạng thái rắn giúp nó linh hoạt hơn trong việc thiết kế đầu ra băng thông hẹp. Hiện nay, các phương pháp chính được thực hiện bao gồm phương pháp khoang ngắn, phương pháp khoang vòng một chiều, phương pháp tiêu chuẩn nội khoang, phương pháp khoang chế độ con lắc xoắn, phương pháp cách tử Bragg thể tích và phương pháp phun hạt.
Hình 7 cho thấy cấu trúc của một số laser trạng thái rắn chế độ đơn theo chiều dọc điển hình.
Hình 7(a) cho thấy nguyên tắc làm việc của việc lựa chọn chế độ dọc đơn dựa trên tiêu chuẩn FP trong khoang, nghĩa là phổ truyền băng thông hẹp của tiêu chuẩn được sử dụng để tăng suy hao của các chế độ dọc khác, do đó các chế độ dọc khác được lọc ra trong quá trình cạnh tranh chế độ do độ truyền qua nhỏ của chúng, để đạt được hoạt động ở chế độ theo chiều dọc duy nhất. Ngoài ra, có thể đạt được phạm vi đầu ra điều chỉnh bước sóng nhất định bằng cách kiểm soát Góc và nhiệt độ của tiêu chuẩn FP và thay đổi khoảng thời gian chế độ dọc. QUẢ SUNG. 7(b) và (c) hiển thị bộ dao động vòng không phẳng (NPRO) và phương pháp khoang chế độ con lắc xoắn được sử dụng để thu được đầu ra chế độ dọc duy nhất. Nguyên lý làm việc là làm cho chùm tia truyền theo một hướng trong bộ cộng hưởng, loại bỏ hiệu quả sự phân bố không gian không đồng đều của số lượng hạt đảo ngược trong khoang sóng đứng thông thường, và do đó tránh ảnh hưởng của hiệu ứng đốt lỗ không gian để đạt được đầu ra chế độ theo chiều dọc duy nhất. Nguyên lý lựa chọn chế độ cách tử Bragg (VBG) số lượng lớn tương tự như nguyên lý của laser có độ rộng đường hẹp bán dẫn và sợi quang đã đề cập trước đó, nghĩa là bằng cách sử dụng VBG làm phần tử lọc, dựa trên độ chọn lọc quang phổ tốt và độ chọn lọc góc của nó, bộ dao động dao động ở một bước sóng hoặc dải cụ thể để đạt được vai trò lựa chọn chế độ theo chiều dọc, như trong Hình 7(d).
Đồng thời, một số phương pháp lựa chọn chế độ dọc có thể được kết hợp theo nhu cầu để cải thiện độ chính xác của lựa chọn chế độ dọc, thu hẹp hơn nữa băng thông đường truyền hoặc tăng cường độ cạnh tranh chế độ bằng cách giới thiệu biến đổi tần số phi tuyến và các phương tiện khác, đồng thời mở rộng bước sóng đầu ra của tia laser trong khi hoạt động ở băng thông hẹp, điều này khó thực hiện đối vớilaser bán dẫnVàlaser sợi quang.
(4) Laser Brillouin
Laser Brillouin dựa trên hiệu ứng tán xạ Brillouin kích thích (SBS) để thu được công nghệ đầu ra băng thông hẹp, độ ồn thấp, nguyên lý của nó là thông qua photon và tương tác trường âm bên trong để tạo ra sự thay đổi tần số nhất định của photon Stokes và được khuếch đại liên tục trong đạt được băng thông.
Hình 8 thể hiện sơ đồ mức độ chuyển đổi SBS và cấu trúc cơ bản của laser Brillouin.
Do tần số dao động của trường âm thấp nên độ dịch chuyển tần số Brillouin của vật liệu thường chỉ 0,1-2 cm-1 nên với tia laser 1064 nm làm đèn bơm, bước sóng Stokes tạo ra thường chỉ khoảng 1064,01 nm, nhưng điều này cũng có nghĩa là hiệu suất chuyển đổi lượng tử của nó cực kỳ cao (theo lý thuyết lên tới 99,99%). Ngoài ra, do độ rộng đường truyền Brillouin của môi trường thường chỉ ở mức MHZ-ghz (độ rộng đường truyền Brillouin của một số phương tiện rắn chỉ khoảng 10 MHz), nên nó nhỏ hơn nhiều so với độ rộng đường truyền của chất làm việc laser ở mức 100 GHz, do đó, Stokes được kích thích trong laser Brillouin có thể cho thấy hiện tượng thu hẹp phổ rõ ràng sau nhiều lần khuếch đại trong khoang và độ rộng đường đầu ra của nó hẹp hơn vài bậc độ lớn so với chiều rộng đường bơm. Hiện nay, laser Brillouin đã trở thành điểm nóng nghiên cứu trong lĩnh vực quang tử học và đã có nhiều báo cáo về thứ tự Hz và sub-Hz của đầu ra băng thông cực hẹp.
Trong những năm gần đây, các thiết bị Brillouin có cấu trúc ống dẫn sóng đã xuất hiện trong lĩnh vựcquang tử vi sóng, và đang phát triển nhanh chóng theo hướng thu nhỏ, tích hợp cao và độ phân giải cao hơn. Ngoài ra, tia laser Brillouin chạy trong không gian dựa trên các vật liệu tinh thể mới như kim cương cũng đã đi vào tầm nhìn của mọi người trong hai năm qua, bước đột phá mang tính đổi mới của nó về sức mạnh của cấu trúc ống dẫn sóng và nút thắt cổ chai SBS, sức mạnh của tia laser Brillouin tới cường độ 10 W, đặt nền móng cho việc mở rộng ứng dụng của nó.
Ngã ba chung
Với việc không ngừng khám phá kiến thức tiên tiến, laser có băng thông hẹp đã trở thành một công cụ không thể thiếu trong nghiên cứu khoa học với hiệu suất tuyệt vời của chúng, chẳng hạn như giao thoa kế laser LIGO để phát hiện sóng hấp dẫn, sử dụng băng thông hẹp một tần số.tia lazevới bước sóng 1064nm làm nguồn hạt giống và độ rộng đường truyền của ánh sáng hạt giống nằm trong khoảng 5 kHz. Ngoài ra, laser có độ rộng hẹp có thể điều chỉnh bước sóng và không nhảy chế độ cũng cho thấy tiềm năng ứng dụng rất lớn, đặc biệt là trong truyền thông mạch lạc, có thể đáp ứng hoàn hảo nhu cầu ghép kênh phân chia bước sóng (WDM) hoặc ghép kênh phân chia tần số (FDM) cho bước sóng (hoặc tần số). ) có khả năng điều chỉnh và được kỳ vọng sẽ trở thành thiết bị cốt lõi của thế hệ công nghệ truyền thông di động tiếp theo.
Trong tương lai, sự đổi mới của vật liệu laser và công nghệ xử lý sẽ thúc đẩy hơn nữa việc nén băng thông laser, cải thiện độ ổn định tần số, mở rộng phạm vi bước sóng và cải thiện công suất, mở đường cho việc khám phá thế giới chưa biết của con người.
Thời gian đăng: 29-11-2023