დღეს ჩვენ წარმოგიდგენთ "მონოქრომატულ" ლაზერს უკიდურეს - ვიწრო ხაზის ლაზერისკენ. მისი გაჩენა ავსებს ხარვეზებს ლაზერის ბევრ განაცხადის სფეროში და ბოლო წლებში ფართოდ იქნა გამოყენებული გრავიტაციული ტალღის გამოვლენაში, LIDAR, განაწილებული სენსორული, მაღალსიჩქარიანი თანმიმდევრული ოპტიკური კომუნიკაციისა და სხვა სფეროებში, რაც არის "მისია", რომლის დასრულება არ შეიძლება მხოლოდ ლაზერული ენერგიის გაუმჯობესებით.
რა არის ვიწრო ხაზის ლაზერი?
ტერმინი „ხაზის სიგანე“ ეხება სიხშირის დომენში ლაზერის სპექტრული ხაზის სიგანეს, რომელიც, როგორც წესი, რაოდენობრივია სპექტრის ნახევრად მწვერვალის სრული სიგანის თვალსაზრისით (FWHM). ხაზს უსვამს ხაზს, ძირითადად, აღელვებული ატომების ან იონების სპონტანური გამოსხივება, ფაზის ხმაური, რეზონატორის მექანიკური ვიბრაცია, ტემპერატურის ჟიტერი და სხვა გარე ფაქტორები. რაც უფრო მცირეა ხაზის სიგანის მნიშვნელობა, მით უფრო მაღალია სპექტრის სიწმინდე, ანუ, მით უკეთესი იქნება ლაზერის მონოქრომულიობა. ამგვარი მახასიათებლების მქონე ლაზერებს, როგორც წესი, აქვთ ძალიან მცირე ფაზა ან სიხშირის ხმაური და ძალიან ცოტა ფარდობითი ინტენსივობის ხმაური. ამავდროულად, რაც უფრო მცირეა ლაზერის ხაზოვანი სიგანის მნიშვნელობა, მით უფრო ძლიერია შესაბამისი თანმიმდევრულობა, რომელიც ვლინდება, როგორც უკიდურესად გრძელი თანმიმდევრულობის სიგრძე.
ვიწრო ხაზის ლაზერის რეალიზაცია და გამოყენება
შეზღუდული ლაზერის სამუშაო ნივთიერების თანდაყოლილი მომატებით, თითქმის შეუძლებელია ვიწრო ხაზის ლაზერის გამომუშავების პირდაპირ რეალიზაცია, თავად ტრადიციულ ოსცილატორზე დაყრდნობით. ვიწრო ხაზის ლაზერის მუშაობის გააზრების მიზნით, ჩვეულებრივ, აუცილებელია ფილტრების, გრეიტისა და სხვა მოწყობილობების გამოყენება მოგების სპექტრში გრძივი მოდულის შეზღუდვის ან არჩევის მიზნით, გაზარდოს წმინდა მომატება სხვაობა გრძივი რეჟიმებს შორის, ასე რომ, არსებობს რამდენიმე ან თუნდაც მხოლოდ ერთი გრძივი რეჟიმი ოსცილაციაში ლაზერის რეზონატორში. ამ პროცესში ხშირად აუცილებელია ხმაურის გავლენის კონტროლი ლაზერული გამომავალიზე და შემცირდეს გარე გარემოს ვიბრაციით და ტემპერატურის ცვლილებებით გამოწვეული სპექტრული ხაზების გაფართოება; ამავდროულად, იგი ასევე შეიძლება გაერთიანდეს ფაზის ან სიხშირის ხმაურის სპექტრული სიმკვრივის ანალიზთან, ხმაურის წყაროს გასაგებად და ლაზერის დიზაინის ოპტიმიზაციისთვის, რათა მიაღწიოს ვიწრო ხაზის ლაზერის სტაბილურ გამომავალს.
მოდით გადავხედოთ ლაზერის რამდენიმე სხვადასხვა კატეგორიის ვიწრო ხაზის ოპერაციის რეალიზაციას.
ნახევარგამტარული ლაზერებს აქვთ კომპაქტური ზომების, მაღალი ეფექტურობის, გრძელი სიცოცხლისა და ეკონომიკური სარგებელის უპირატესობა.
Fabry-Perot (FP) ოპტიკური რეზონატორი, რომელიც გამოიყენება ტრადიციულადნახევარგამტარული ლაზერებიზოგადად, ოსცილირდება მრავალწუთმეტუდურ რეჟიმში, ხოლო გამომავალი ხაზის სიგანე შედარებით ფართოა, ამიტომ აუცილებელია ოპტიკური გამოხმაურების გაზრდა ვიწრო ხაზის სიგანის გამომუშავების მისაღებად.
განაწილებული გამოხმაურება (DFB) და განაწილებული Bragg ასახვა (DBR) არის ორი ტიპიური შიდა ოპტიკური უკუკავშირის ნახევარგამტარული ლაზერი. მცირე ზომის მოედნისა და კარგი ტალღის სიგრძის სელექციურობის გამო, ადვილია მიაღწიოთ სტაბილურ ერთჯერადი სიხშირის ვიწრო ხაზის გამომუშავებას. ორ სტრუქტურას შორის მთავარი განსხვავებაა გრიპის პოზიცია: DFB სტრუქტურა, როგორც წესი, ანაწილებს bragg grating- ის პერიოდულ სტრუქტურას მთელს რეზონატორში, ხოლო DBR- ის რეზონატორი, როგორც წესი, შედგება რეფლექსიის გრუნტის სტრუქტურისა და მომატების რეგიონში, რომელიც ინტეგრირებულია საბოლოო ზედაპირზე. გარდა ამისა, DFB ლაზერები იყენებენ ჩაშენებულ საცვლებს დაბალი რეფრაქციული ინდექსის კონტრასტით და დაბალი რეფლექსიით. DBR ლაზერები იყენებენ ზედაპირის ღუმელებს მაღალი რეფრაქციული ინდექსის კონტრასტით და მაღალი ასახვით. ორივე სტრუქტურას აქვს დიდი უფასო სპექტრული დიაპაზონი და შეუძლია შეასრულოს ტალღის სიგრძის tuning რეჟიმის გადახტომის გარეშე, რამდენიმე ნანომეტრის დიაპაზონში, სადაც DBR ლაზერს აქვს უფრო ფართო მორგების დიაპაზონი, ვიდრეDFB ლაზერი. გარდა ამისა, გარე ღრუს ოპტიკური უკუკავშირის ტექნოლოგია, რომელიც იყენებს გარე ოპტიკურ ელემენტებს ნახევარგამტარული ლაზერული ჩიპის გამავალი შუქის გასაგონად და სიხშირის შესარჩევად, ასევე შეუძლია გააცნობიეროს ნახევარგამტარული ლაზერის ვიწრო ხაზის მოქმედება.
(2) ბოჭკოვანი ლაზერები
ბოჭკოვანი ლაზერებს აქვთ მაღალი ტუმბოს კონვერტაციის ეფექტურობა, სხივის კარგი ხარისხი და მაღალი დაწყვილების ეფექტურობა, რაც ლაზერული სფეროში ცხელი კვლევის თემებია. ინფორმაციის ასაკის კონტექსტში, ბოჭკოვანი ლაზერებს აქვთ კარგი თავსებადობა ბაზარზე არსებულ ოპტიკურ ბოჭკოვან საკომუნიკაციო სისტემებთან. ერთჯერადი სიხშირის ბოჭკოვანი ლაზერი ვიწრო ხაზის სიგანის უპირატესობებით, დაბალი ხმაურით და კარგი თანმიმდევრულობით გახდა მისი განვითარების ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი მიმართულება.
ერთჯერადი გრძივი რეჟიმის ოპერაცია არის ბოჭკოვანი ლაზერის ბირთვი ვიწრო ხაზის სიგანის გამოსავლის მისაღწევად, ჩვეულებრივ, ერთი სიხშირის ბოჭკოვანი ლაზერის რეზონატორის სტრუქტურის მიხედვით, შეიძლება დაიყოს DFB ტიპში, DBR ტიპზე და რგოლის ტიპად. მათ შორის, DFB და DBR ერთჯერადი სიხშირის ბოჭკოვანი ლაზერების სამუშაო პრინციპი მსგავსია DFB და DBR ნახევარგამტარული ლაზერების მსგავსად.
როგორც ნაჩვენებია ნახაზზე 1, DFB ბოჭკოვანი ლაზერი არის განაწილებული Bragg- ის გადანაწილება ბოჭკოში. იმის გამო, რომ ოსცილატორის სამუშაო ტალღის სიგრძე გავლენას ახდენს ბოჭკოვანი პერიოდის განმავლობაში, გრძივი რეჟიმი შეიძლება შეირჩეს გრიპის განაწილებული გამოხმაურებით. DBR ლაზერის ლაზერული რეზონატორი ჩვეულებრივ წარმოიქმნება ბოჭკოვანი ბრაგის წყვილი, ხოლო ერთი გრძივი რეჟიმი ძირითადად შეარჩია ვიწრო ბენდისა და დაბალი რეფლექტორული ბოჭკოვანი ბრაგის ბადებით. ამასთან, მისი გრძელი რეზონატორის, რთული სტრუქტურის და ეფექტური სიხშირის დისკრიმინაციის მექანიზმის არარსებობის გამო, რგოლების ფორმის ღრუ მიდრეკილია რეჟიმისკენ, და ძნელია სტაბილურად მუშაობა მუდმივ გრძივი რეჟიმში დიდი ხნის განმავლობაში.
სურათი 1, ერთი სიხშირის ორი ტიპიური ხაზოვანი სტრუქტურაბოჭკოვანი ლაზერები
პოსტის დრო: ნოემბერი -27-2023