Tecnología láser de ancho de línea estrecho, segunda parte
En 1960, el primer láser de rubí del mundo era un láser de estado sólido, caracterizado por una alta energía de salida y una cobertura de longitud de onda más amplia.La estructura espacial única del láser de estado sólido lo hace más flexible en el diseño de salidas de ancho de línea estrecho.En la actualidad, los principales métodos implementados incluyen el método de cavidad corta, el método de cavidad anular unidireccional, el método estándar intracavidad, el método de cavidad en modo de péndulo de torsión, el método de rejilla de Bragg de volumen 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 basado 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 otros modos longitudinales se filtran en el proceso de competencia de modo debido a su pequeña transmitancia, para lograr una operación de 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 cambiando el intervalo del modo longitudinal.HIGO.7 (b) y (c) muestran el oscilador de anillo no plano (NPRO) y el método de cavidad en modo de péndulo torsional utilizado para obtener una salida de modo longitudinal única.El principio de funcionamiento es hacer que el haz se propague en una sola dirección en el resonador, eliminar efectivamente la distribución espacial desigual del número de partículas invertidas en la cavidad de onda estacionaria ordinaria y así evitar la influencia del efecto de quema de agujeros espaciales para lograr un Salida en modo longitudinal único.El principio de selección del modo de rejilla de Bragg a granel (VBG) es similar al de los láseres semiconductores y de fibra de ancho de línea estrecho mencionados anteriormente, es decir, al utilizar VBG como elemento filtrante, en función de su buena selectividad espectral y selectividad de ángulo, el oscilador oscila en una longitud de onda o banda específica para lograr el papel de selección de 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 selección de modo longitudinal, reducir aún más el ancho de línea o aumentar la intensidad de la competencia de modo mediante la introducción de transformación de frecuencia no lineal y otros medios, y expandir la longitud de onda de salida de el láser mientras opera en un ancho de línea estrecho, lo cual es difícil de hacer paraláser semiconductoryláseres de fibra.
(4) Láser brillante
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 de bajo ruido. Su principio es que a través del fotón y la interacción del campo acústico interno se produce un cierto cambio de frecuencia de los fotones Stokes, y se amplifica continuamente dentro del ganar ancho de banda.
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 cambio de frecuencia de Brillouin del material suele ser de sólo 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 suele ser de sólo 1064,01 nm, pero esto también significa que su eficiencia de conversión cuántica es extremadamente alta (hasta el 99,99% en teoría).Además, debido a que el ancho de línea de ganancia Brillouin del medio generalmente es solo del orden de MHZ-ghz (el ancho de línea de ganancia Brillouin de algunos medios sólidos es solo de aproximadamente 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 tanto, el Stokes excitado en el láser Brillouin puede mostrar un fenómeno obvio de estrechamiento del espectro después de una amplificación múltiple en la cavidad, y su ancho de línea de salida es varios órdenes de magnitud más estrecho que el ancho de la línea de bomba.En la actualidad, el láser Brillouin se ha convertido en un punto de investigación en el campo de la fotónica, y ha habido muchos informes sobre el orden Hz y sub-Hz de salida de ancho de línea extremadamente estrecho.
En los últimos años han surgido en el campo de la tecnología los dispositivos Brillouin con estructura de guía de ondas.fotónica de microondas, y se están desarrollando rápidamente en la dirección de la miniaturización, la alta integración y la mayor resolución.Además, el láser Brillouin espacial basado en nuevos materiales cristalinos como el diamante también ha entrado en la visión de las personas en los últimos dos años, su avance innovador en el poder de la estructura de la guía de ondas y el cuello de botella SBS en cascada, el poder del láser Brillouin. a una magnitud de 10 W, sentando las bases para ampliar su aplicación.
cruce 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 gracias a 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 semilla, y el ancho de línea de la luz semilla está dentro de los 5 kHz.Además, los láseres de ancho estrecho con longitud de onda sintonizable y sin salto de modo también muestran un gran potencial de aplicación, especialmente en comunicaciones coherentes, que pueden satisfacer perfectamente las necesidades de multiplexación por división de longitud de onda (WDM) o multiplexación por división de frecuencia (FDM) para longitudes de onda (o frecuencia). ) capacidad de sintonización, y se espera que se convierta en el dispositivo central de la próxima generación de tecnología de comunicaciones móviles.
En el futuro, la innovación de los materiales láser y la tecnología de procesamiento promoverá aún más la compresión del ancho de la línea láser, la mejora de la estabilidad de la 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-nov-2023