¿Qué es un/unaláser de línea espectral estrecha?
Láser de línea espectral estrecha. El término "ancho de línea" se refiere al ancho de línea espectral del láser.láserEn el dominio de la frecuencia, que se cuantifica generalmente en términos del ancho espectral a media altura (FWHM), el ancho de línea se ve afectado principalmente por la radiación espontánea de átomos o iones excitados, el ruido de fase, la vibración mecánica del resonador, las variaciones de temperatura y otros factores externos. Cuanto menor sea el ancho de línea, mayor será la pureza del espectro, es decir, mejor la monocromaticidad del láser. Los láseres con estas características suelen presentar muy poco ruido de fase o frecuencia y muy poco ruido de intensidad relativa. Asimismo, cuanto menor sea el ancho de línea del láser, mayor será la coherencia correspondiente, que se manifiesta como una longitud de coherencia extremadamente larga.
Realización y aplicación de láseres de línea espectral estrecha
Debido a la limitación inherente del ancho de línea de ganancia del material activo del láser, es prácticamente imposible obtener directamente la salida de un láser de línea espectral estrecha utilizando únicamente un oscilador tradicional. Para lograr el funcionamiento de un láser de línea espectral estrecha, generalmente se requieren filtros, rejillas de difracción y otros dispositivos para limitar o seleccionar el módulo longitudinal en el espectro de ganancia, aumentando así la diferencia de ganancia neta entre los modos longitudinales. De esta manera, se reduce al mínimo, o incluso a la presencia de un único modo longitudinal, de oscilación en el resonador láser. En este proceso, suele ser necesario controlar la influencia del ruido en la salida del láser y minimizar el ensanchamiento de las líneas espectrales causado por las vibraciones y los cambios de temperatura del entorno. Asimismo, se puede combinar este análisis con el de la densidad espectral del ruido de fase o frecuencia para comprender su origen y optimizar el diseño del láser, logrando así una salida estable del láser de línea espectral estrecha.
Analicemos la implementación del funcionamiento con ancho de línea estrecho en varias categorías diferentes de láseres.
Los láseres semiconductores tienen las ventajas de un tamaño compacto, alta eficiencia, larga vida útil y beneficios económicos.
El resonador óptico Fabry-Perot (FP) utilizado en la tecnología tradicionalláseres semiconductoresGeneralmente oscila en modo multilongitudinal y el ancho de línea de salida es relativamente amplio, por lo que es necesario aumentar la retroalimentación óptica para obtener una salida de ancho de línea estrecho.
Los láseres de realimentación distribuida (DFB) y de reflexión de Bragg distribuida (DBR) son dos ejemplos típicos de láseres semiconductores con realimentación óptica interna. Gracias a su pequeño paso de rejilla y buena selectividad de longitud de onda, se consigue fácilmente una salida estable de frecuencia única y ancho de línea estrecho. La principal diferencia entre ambas estructuras radica en la posición de la rejilla: en el láser DFB, la estructura periódica de la rejilla de Bragg se distribuye por todo el resonador, mientras que el resonador del DBR suele estar compuesto por la estructura de la rejilla de reflexión y la región de ganancia integradas en la superficie final. Además, los láseres DFB utilizan rejillas embebidas con bajo contraste de índice de refracción y baja reflectividad, mientras que los láseres DBR utilizan rejillas superficiales con alto contraste de índice de refracción y alta reflectividad. Ambas estructuras presentan un amplio rango espectral libre y permiten la sintonización de longitud de onda sin salto de modo en el rango de unos pocos nanómetros, si bien el láser DBR ofrece un rango de sintonización aún mayor.Láser DFBAdemás, la tecnología de retroalimentación óptica de cavidad externa, que utiliza elementos ópticos externos para retroalimentación de la luz saliente del chip láser semiconductor y seleccionar la frecuencia, también puede lograr el funcionamiento con ancho de línea estrecho del láser semiconductor.
(2) Láseres de fibra
Los láseres de fibra presentan una alta eficiencia de conversión de bombeo, una buena calidad de haz y una elevada eficiencia de acoplamiento, características que los convierten en temas de investigación de gran interés en el campo láser. En la era de la información, los láseres de fibra ofrecen una excelente compatibilidad con los sistemas de comunicación por fibra óptica disponibles en el mercado. El láser de fibra de frecuencia única, con sus ventajas de línea espectral estrecha, bajo ruido y buena coherencia, se ha consolidado como una de las principales líneas de desarrollo en este campo.
El funcionamiento en modo longitudinal único es fundamental para que los láseres de fibra logren una salida de línea espectral estrecha. Generalmente, según la estructura del resonador, los láseres de fibra de frecuencia única se clasifican en tipo DFB, tipo DBR y tipo anillo. El principio de funcionamiento de los láseres de fibra de frecuencia única DFB y DBR es similar al de los láseres semiconductores DFB y DBR.
En 1960, el primer láser de rubí del mundo fue un láser de estado sólido, caracterizado por una alta energía de salida y una mayor cobertura de longitud de onda. La singular estructura espacial del láser de estado sólido le confiere mayor flexibilidad en el diseño de salidas de línea espectral estrecha. Actualmente, los principales métodos empleados incluyen el método de cavidad corta, el método de cavidad de anillo unidireccional, el método estándar intracavidad, el método de cavidad de modo de péndulo de torsión, el método de rejilla de Bragg volumétrica y el método de inyección de semilla.
Fecha de publicación: 3 de junio de 2025