Tecnología láser de ancho de línea estrecho, segunda parte

Tecnología láser de ancho de línea estrecho, segunda parte

(3)láser de estado sólido

En 1960, el primer láser de rubí del mundo fue un láser de estado sólido, caracterizado por una alta energía de salida y una amplia cobertura de longitud de onda. Su singular estructura espacial lo hace más flexible en el diseño de salidas con ancho de línea estrecho. Actualmente, los principales métodos implementados incluyen el método de cavidad corta, el método de cavidad anular unidireccional, el método estándar intracavitario, el método de cavidad con modo péndulo de torsión, el método de rejilla de Bragg volumétrica y el método de inyección de semillas.


La figura 7 muestra la estructura de varios láseres de estado sólido de modo longitudinal único típicos.

La Figura 7(a) muestra el principio de funcionamiento de la selección de modo longitudinal único basada en el estándar FP en cavidad. Es decir, el espectro de transmisión de ancho de línea estrecho del estándar se utiliza para aumentar la pérdida de otros modos longitudinales, de modo que estos se filtren en el proceso de competencia de modos debido a su baja transmitancia, logrando así un funcionamiento en modo longitudinal único. Además, se puede obtener un cierto rango de salida de sintonización de longitud de onda controlando el ángulo y la temperatura del estándar FP y modificando el intervalo de modo longitudinal. Las Figuras 7(b) y (c) muestran el oscilador de anillo no planar (NPRO) y el método de cavidad de modo de péndulo torsional utilizados para obtener una salida de modo longitudinal único. El principio de funcionamiento consiste en hacer que el haz se propague en una sola dirección en el resonador, eliminando eficazmente la distribución espacial desigual del número de partículas invertidas en la cavidad de onda estacionaria ordinaria y, por lo tanto, evitando la influencia del efecto de quema de huecos espaciales para lograr una salida de modo longitudinal único. El principio de selección del modo de rejilla de Bragg en masa (VBG) es similar al de los láseres de ancho de línea estrecho de semiconductores y fibra mencionados anteriormente, es decir, al usar VBG como elemento de filtro, en función de su buena selectividad espectral y selectividad angular, el oscilador oscila en una longitud de onda o banda específica para lograr la función de selección del modo longitudinal, como se muestra en la Figura 7 (d).
Al mismo tiempo, se pueden combinar varios métodos de selección de modo longitudinal según las necesidades para mejorar la precisión de la selección del modo longitudinal, reducir aún más el ancho de línea o aumentar la intensidad de la competencia de modo mediante la introducción de una transformación de frecuencia no lineal y otros medios, y expandir la longitud de onda de salida del láser mientras opera en un ancho de línea estrecho, lo que es difícil de hacer paraláser semiconductoryláseres de fibra.

(4) Láser Brillouin

El láser Brillouin se basa en el efecto de dispersión Brillouin estimulada (SBS) para obtener una tecnología de salida de ancho de línea estrecho y bajo ruido, su principio es a través del fotón y la interacción del campo acústico interno para producir un cierto cambio de frecuencia de fotones de Stokes, y se amplifica continuamente dentro del ancho de banda de ganancia.

La figura 8 muestra el diagrama de niveles de conversión SBS y la estructura básica del láser Brillouin.

Debido a la baja frecuencia de vibración del campo acústico, el desplazamiento de frecuencia de Brillouin del material suele ser de solo 0,1-2 cm-1, por lo que con un láser de 1064 nm como luz de bombeo, la longitud de onda de Stokes generada a menudo es de solo 1064,01 nm, pero esto también significa que su eficiencia de conversión cuántica es extremadamente alta (hasta un 99,99 % en teoría). Además, debido a que el ancho de línea de ganancia de Brillouin del medio suele ser solo del orden de MHZ-ghz (el ancho de línea de ganancia de Brillouin de algunos medios sólidos es de solo unos 10 MHz), es mucho menor que el ancho de línea de ganancia de la sustancia de trabajo del láser del orden de 100 GHz, por lo que, el Stokes excitado en el láser Brillouin puede mostrar un fenómeno de estrechamiento de espectro obvio después de la amplificación múltiple en la cavidad, y su ancho de línea de salida es varios órdenes de magnitud más estrecho que el ancho de línea de bombeo. En la actualidad, el láser Brillouin se ha convertido en un foco de investigación en el campo de la fotónica y han aparecido numerosos informes sobre el orden de Hz y sub-Hz de salidas de ancho de línea extremadamente estrecho.

En los últimos años han surgido en el campo de lafotónica de microondasy se están desarrollando rápidamente hacia la miniaturización, la alta integración y una mayor resolución. Además, el láser Brillouin de alcance espacial, basado en nuevos materiales cristalinos como el diamante, también ha entrado en el panorama general en los últimos dos años. Su innovador avance en la potencia de la estructura de guía de ondas y el cuello de botella SBS en cascada, que eleva la potencia del láser Brillouin a una magnitud de 10 W, sienta las bases para la expansión de sus aplicaciones.
Unión general
Con la exploración continua de conocimientos de vanguardia, los láseres de ancho de línea estrecho se han convertido en una herramienta indispensable en la investigación científica con su excelente rendimiento, como el interferómetro láser LIGO para la detección de ondas gravitacionales, que utiliza un ancho de línea estrecho de frecuencia única.láserCon una longitud de onda de 1064 nm como fuente de semilla, y un ancho de línea de la luz de semilla dentro de los 5 kHz. Además, los láseres de ancho estrecho con longitud de onda ajustable y sin salto de modo también presentan un gran potencial de aplicación, especialmente en comunicaciones coherentes, que satisfacen perfectamente las necesidades de multiplexación por división de longitud de onda (WDM) o multiplexación por división de frecuencia (FDM) para la sintonización de longitud de onda (o frecuencia). Se espera que se conviertan en el dispositivo clave de la próxima generación de tecnología de comunicaciones móviles.
En el futuro, la innovación en materiales láser y tecnología de procesamiento promoverá aún más la compresión del ancho de línea del láser, la mejora de la estabilidad de frecuencia, la expansión del rango de longitud de onda y la mejora de la potencia, allanando el camino para la exploración humana del mundo desconocido.


Hora de publicación: 29 de noviembre de 2023