Cái gì là mộtlaser có độ rộng vạch hẹp?
Laser có độ rộng vạch hẹp, Thuật ngữ “độ rộng vạch” đề cập đến độ rộng vạch quang phổ củatia lasertrong miền tần số, thường được định lượng theo độ rộng toàn phần bán đỉnh của phổ (FWHM). Độ rộng vạch phổ chủ yếu bị ảnh hưởng bởi bức xạ tự phát của các nguyên tử hoặc ion bị kích thích, nhiễu pha, dao động cơ học của bộ cộng hưởng, dao động nhiệt độ và các yếu tố bên ngoài khác. Giá trị độ rộng vạch phổ càng nhỏ thì độ tinh khiết của phổ càng cao, tức là tính đơn sắc của laser càng tốt. Laser có những đặc tính như vậy thường có rất ít nhiễu pha hoặc tần số và rất ít nhiễu cường độ tương đối. Đồng thời, giá trị độ rộng tuyến tính của laser càng nhỏ thì tính kết hợp tương ứng càng mạnh, biểu hiện bằng độ dài kết hợp cực kỳ dài.
Thực hiện và ứng dụng laser vạch hẹp
Do độ rộng vạch khuếch đại vốn có của chất làm việc của laser bị giới hạn, nên hầu như không thể trực tiếp hiện thực hóa đầu ra của laser có độ rộng vạch hẹp bằng cách dựa vào chính bộ dao động truyền thống. Để hiện thực hóa hoạt động của laser có độ rộng vạch hẹp, thường cần sử dụng các bộ lọc, lưới và các thiết bị khác để giới hạn hoặc chọn mô đun dọc trong phổ khuếch đại, tăng chênh lệch độ rộng vạch khuếch đại ròng giữa các chế độ dọc, sao cho có một vài hoặc thậm chí chỉ một dao động chế độ dọc trong bộ cộng hưởng laser. Trong quá trình này, thường cần kiểm soát ảnh hưởng của nhiễu đến đầu ra laser và giảm thiểu sự mở rộng các vạch phổ do rung động và thay đổi nhiệt độ của môi trường bên ngoài gây ra; Đồng thời, cũng có thể kết hợp với việc phân tích mật độ phổ nhiễu pha hoặc nhiễu tần số để hiểu rõ nguồn nhiễu và tối ưu hóa thiết kế laser, nhằm đạt được đầu ra ổn định của laser có độ rộng vạch hẹp.
Chúng ta hãy cùng xem xét việc thực hiện hoạt động trên dải tần hẹp của một số loại laser khác nhau.
Laser bán dẫn có ưu điểm là kích thước nhỏ gọn, hiệu suất cao, tuổi thọ cao và lợi ích kinh tế.
Bộ cộng hưởng quang học Fabry-Perot (FP) được sử dụng trong truyền thốnglaser bán dẫnthường dao động theo chế độ đa chiều dọc và độ rộng đường truyền đầu ra tương đối rộng, do đó cần phải tăng phản hồi quang học để thu được đầu ra có độ rộng đường truyền hẹp.
Phản hồi phân tán (Laser DFB) và phản xạ Bragg phân tán (DBR) là hai loại laser bán dẫn phản hồi quang học nội bộ điển hình. Nhờ bước sóng cách tử nhỏ và độ chọn lọc bước sóng tốt, dễ dàng đạt được đầu ra ổn định với độ rộng vạch phổ hẹp, tần số đơn. Sự khác biệt chính giữa hai cấu trúc này là vị trí của cách tử: cấu trúc Laser DFB thường phân phối cấu trúc tuần hoàn của cách tử Bragg khắp bộ cộng hưởng, còn bộ cộng hưởng của DBR thường bao gồm cấu trúc cách tử phản xạ và vùng khuếch đại tích hợp vào bề mặt cuối. Ngoài ra, laser DFB sử dụng cách tử nhúng với độ tương phản chiết suất thấp và độ phản xạ thấp. Laser DBR sử dụng cách tử bề mặt với độ tương phản chiết suất cao và độ phản xạ cao. Cả hai cấu trúc đều có dải phổ tự do lớn và có thể thực hiện điều chỉnh bước sóng mà không cần nhảy mode trong phạm vi vài nanomet, trong khi laser DBR có dải điều chỉnh rộng hơn so vớiTia laser DFBNgoài ra, công nghệ phản hồi quang học khoang ngoài, sử dụng các thành phần quang học bên ngoài để phản hồi ánh sáng phát ra từ chip laser bán dẫn và chọn tần số, cũng có thể thực hiện hoạt động có độ rộng vạch hẹp của laser bán dẫn.
(2) Laser sợi quang
Laser sợi quang có hiệu suất chuyển đổi bơm cao, chất lượng chùm tia tốt và hiệu suất ghép nối cao, là những chủ đề nghiên cứu nóng hổi trong lĩnh vực laser. Trong bối cảnh thời đại thông tin, laser sợi quang có khả năng tương thích tốt với các hệ thống truyền thông sợi quang hiện có trên thị trường. Laser sợi quang đơn tần với ưu điểm là độ rộng đường truyền hẹp, độ nhiễu thấp và độ kết hợp tốt đã trở thành một trong những hướng phát triển quan trọng.
Chế độ hoạt động dọc đơn là cốt lõi của laser sợi quang để đạt được đầu ra có độ rộng đường truyền hẹp, thường dựa trên cấu trúc của bộ cộng hưởng, laser sợi quang đơn tần có thể được chia thành loại DFB, loại DBR và loại vòng. Trong số đó, nguyên lý hoạt động của laser sợi quang đơn tần DFB và DBR tương tự như laser bán dẫn DFB và DBR.
Năm 1960, laser hồng ngọc đầu tiên trên thế giới là laser thể rắn, đặc trưng bởi năng lượng đầu ra cao và phạm vi bước sóng rộng hơn. Cấu trúc không gian độc đáo của laser thể rắn giúp nó linh hoạt hơn trong việc thiết kế đầu ra có độ rộng vạch phổ hẹp. Hiện nay, các phương pháp chính được triển khai bao gồm phương pháp khoang ngắn, phương pháp khoang vòng một chiều, phương pháp chuẩn trong khoang, phương pháp khoang chế độ con lắc xoắn, phương pháp cách tử Bragg thể tích và phương pháp tiêm hạt.
Thời gian đăng: 03-06-2025