Poznajete li tehnologiju lasera uske širine linije?

Na što pomislite kada pomislite na lasere? A  vitlao laserskim mačem generala Grievousa u Ratovima zvijezda? Ili jedan od onih smrtonosnih laserskih kanala iz Resident Evila? Ili Scottove laserske oči iz X-Mena koje mogu spaliti sve? Ovi "laseri", kako su poznati, često se pojavljuju u nekim znanstvenofantastičnim djelima u obliku velike snage i velike energije, pokazujući veliku snagu (vidi sliku 1).

U stvarnom životu, laseri su se također ušuljali u mnoge industrije, od medicinskih polja kao što su laserska kozmetologija i liječenje kratkovidnosti do industrijskih proizvodnih polja kao što su lasersko označavanje, rezanje i zavarivanje, kao i vrhunskih znanstvenih polja kao što su radarska detekcija, mikroskopska slike i kvantne komunikacije koje su se pojavile posljednjih godina. Trenutačno je laserska tehnologija dala izvanredan doprinos promicanju razvoja nacionalne obrambene sigurnosti, biomedicine, inteligentne proizvodnje i informacija.

Međutim, trebaju li laseri koji nam svima trebaju imati veliku snagu i veliku "smrtonosnost" kao što je prikazano u filmu?

Prije svega, moramo pogledati osnovne karakteristike lasera koji se razlikuje od tradicionalnog izvora svjetlosti, kao što je prikazano na slici 2, spomenuli smo ranije u filmskim i televizijskim radovima, laser ima moćne karakteristike, obično proporcionalne svjetlini (snaga ) lasera, ali također reflektira laser ima dobre karakteristike usmjerenja.

Osim toga, monokromatičnost i koherentnost također su u središtu pažnje. Svjetlost koju emitira obični izvor svjetlosti obično je različite frekvencije, pa sadrži različite boje, a različiti fotoni koje emitira laser imaju istu frekvenciju, tako da je vrlo izvrstan monokromatski izvor svjetlosti. I ne samo to, budući da su fotoni pobuđenog zračenja lasera konzistentni u fazi, postoji fiksni fazni odnos između točaka na presjeku laserske zrake pod djelovanjem rezonatora, pa u usporedbi s običnim izvorom svjetlosti, koherencija lasera je također odličan. U kombinaciji s izvrsnom monokromatičnošću i karakteristikama koherencije lasera, čak i ako ne postoji "aureola" velike snage od kilovata i 10,000 vata, laseri se i dalje mogu široko koristiti u spektralnoj tehnologiji, optičkim mjerenjima i drugim poljima.

Karakteristike lasera različite od tradicionalnih izvora svjetlosti

Danas ćemo predstaviti "monokromatski" laser do ekstrema - laser uske širine linije. Njegova pojava popunjava praznine u mnogim poljima primjene lasera, a posljednjih godina naširoko se koristi u detekciji gravitacijskih valova, liDAR-u, distribuiranom senzoru, koherentnoj optičkoj komunikaciji velike brzine i drugim poljima, što je "misija" koja ne može dovršiti samo poboljšanjem snage lasera.

Realizacija i primjena lasera uske širine linije

Ograničeno inherentnom pojačanom širinom linije radne tvari lasera, gotovo je nemoguće izravno realizirati izlaz lasera uske širine linije oslanjajući se na sam tradicionalni oscilator. Kako bi se ostvario rad lasera uske širine linije, obično je potrebno koristiti filtre, rešetke i druge uređaje za ograničavanje ili odabir uzdužnog modula u spektru pojačanja i povećanje neto razlike pojačanja između uzdužnih modova, tako da postoje nekoliko ili čak samo jedan longitudinalni način titranja u laserskom rezonatoru. U ovom procesu često je potrebno kontrolirati utjecaj buke na laserski izlaz i minimizirati širenje spektralnih linija uzrokovano vibracijama i temperaturnim promjenama vanjske okoline; U isto vrijeme, također se može kombinirati s analizom spektralne gustoće faznog ili frekvencijskog šuma kako bi se razumio izvor šuma i optimizirao dizajn lasera, kako bi se postigao stabilan izlaz lasera uske širine linije.

Pogledajmo realizaciju rada uske širine linije nekoliko različitih kategorija lasera.

1) Poluvodički laser

Poluvodički laseri imaju prednosti kompaktne veličine, visoke učinkovitosti, dugog vijeka trajanja i ekonomske koristi.

Fabry-Perot (FP) optički rezonator koji se koristi u tradicionalnim poluvodičkim laserima općenito oscilira u multi-longitudinalnom modu, a izlazna širina linije je relativno široka, tako da je potrebno povećati optičku povratnu spregu kako bi se dobio izlaz uske širine linije.

Distribuirana povratna sprega (DFB) i distribuirana Braggova refleksija (DBR) dva su tipična interna optička povratna poluvodička lasera. Njihove strukture i izlazni spektri prikazani su na Sl. 5. Zbog malog koraka rešetke i dobre selektivnosti valne duljine, lako je postići stabilan jednofrekventni izlaz uske širine linije. Glavna razlika između dviju struktura je položaj rešetke: DFB struktura obično raspoređuje periodičku strukturu Braggove rešetke po cijelom rezonatoru, a rezonator DBR-a obično se sastoji od strukture refleksijske rešetke i područja pojačanja integriranog u krajnju površinu. Osim toga, DFB laseri koriste ugrađene rešetke s niskim kontrastom indeksa loma i niskom refleksijom. DBR laseri koriste površinske rešetke s visokim kontrastom indeksa loma i velikom refleksijom. Obje strukture imaju veliki slobodni spektralni raspon i mogu izvesti ugađanje valne duljine bez skoka moda u rasponu od nekoliko nanometara, pri čemu DBR laser ima širi raspon ugađanja od DFB lasera.

Osim toga, tehnologija optičke povratne sprege s vanjskom šupljinom, koja koristi vanjske optičke elemente za povratnu informaciju o odlaznoj svjetlosti poluvodičkog laserskog čipa i odabir frekvencije, također može ostvariti rad poluvodičkog lasera u uskoj širini linije.

2) Vlaknasti laseri

Vlaknasti laseri imaju visoku učinkovitost pretvorbe pumpe, dobru kvalitetu zrake i visoku učinkovitost spajanja, što su vruće teme istraživanja u polju lasera. U kontekstu informacijskog doba, optički laseri imaju dobru kompatibilnost s trenutnim optičkim komunikacijskim sustavima na tržištu. Jednofrekventni vlaknasti laser s prednostima uske širine linije, niskog šuma i dobre koherencije postao je jedan od važnih smjerova njegova razvoja.

Jednostruki uzdužni način rada jezgra je fiber lasera za postizanje izlaza uske širine linije, obično se prema strukturi rezonatora jednofrekventnog fiber lasera može podijeliti na DFB tip, DBR tip i prstenasti tip. Među njima, princip rada DFB i DBR jednofrekventnih vlaknastih lasera sličan je principu rada DFB i DBR poluvodičkih lasera.

DFB vlaknasti laser upisuje distribuiranu Braggovu rešetku u vlakno. Budući da na radnu valnu duljinu oscilatora utječe period vlakna, uzdužni način rada može se odabrati raspodijeljenom povratnom spregom rešetke. Laserski rezonator DBR lasera obično se sastoji od para vlaknastih Braggovih rešetki, a jedan longitudinalni mod uglavnom se odabire uskopojasnim vlaknastim Braggovim rešetkama niske refleksije. Međutim, zbog dugog rezonatora, složene strukture i nedostatka učinkovitog mehanizma za razlikovanje frekvencija, šupljina u obliku prstena sklona je skakanju modova i teško je dugo raditi stabilno u konstantnom longitudinalnom modu.

3) Čvrsto-stanje laser

Godine 1960., prvi rubinski laser na svijetu bio je laser u čvrstom stanju, karakteriziran visokom izlaznom energijom i širom pokrivenošću valne duljine. Jedinstvena prostorna struktura čvrstog lasera čini ga fleksibilnijim u dizajnu izlaza uske širine linije. Trenutačno, glavne implementirane metode uključuju metodu kratke šupljine, metodu jednosmjerne prstenaste šupljine, intrakavitetnu standardnu ​​metodu, metodu torzijskog njihala s šupljinom, metodu volumenske Braggove rešetke i metodu ubrizgavanja klica.

Kontakt informacije:

Ako imate bilo kakvih ideja, slobodno nam se obratite. Bez obzira gdje su naši kupci i kakvi su naši zahtjevi, slijedit ćemo naš cilj da svojim kupcima pružimo visoku kvalitetu, niske cijene i najbolju uslugu.