დღეს ჩვენ წარმოგიდგენთ „მონოქრომატულ“ ლაზერს უკიდურეს შემთხვევაში - ვიწრო ხაზის სიგანის ლაზერს. მისი გამოჩენა ავსებს ლაზერის გამოყენების მრავალ სფეროში არსებულ ხარვეზებს და ბოლო წლებში ფართოდ გამოიყენება გრავიტაციული ტალღების დეტექციაში, liDAR-ში, განაწილებულ ზონდირებაში, მაღალსიჩქარიან კოჰერენტულ ოპტიკურ კომუნიკაციასა და სხვა სფეროებში, რაც „მისიაა“, რომლის შესრულებაც მხოლოდ ლაზერის სიმძლავრის გაუმჯობესებით შეუძლებელია.
რა არის ვიწრო ხაზის სიგანის ლაზერი?
ტერმინი „ხაზის სიგანე“ ეხება ლაზერის სპექტრული ხაზის სიგანეს სიხშირის დომენში, რომელიც, როგორც წესი, რაოდენობრივად განისაზღვრება სპექტრის ნახევრად პიკური სრული სიგანით (FWHM). ხაზის სიგანეზე ძირითადად გავლენას ახდენს აღგზნებული ატომების ან იონების სპონტანური გამოსხივება, ფაზური ხმაური, რეზონატორის მექანიკური ვიბრაცია, ტემპერატურის რხევა და სხვა გარე ფაქტორები. რაც უფრო მცირეა ხაზის სიგანის მნიშვნელობა, მით უფრო მაღალია სპექტრის სისუფთავე, ანუ ლაზერის მონოქრომატულობა უკეთესია. ასეთი მახასიათებლების მქონე ლაზერებს, როგორც წესი, ძალიან მცირე ფაზური ან სიხშირული ხმაური და ძალიან მცირე ფარდობითი ინტენსივობის ხმაური აქვთ. ამავდროულად, რაც უფრო მცირეა ლაზერის ხაზოვანი სიგანის მნიშვნელობა, მით უფრო ძლიერია შესაბამისი კოჰერენტულობა, რაც გამოიხატება უკიდურესად დიდი კოჰერენტული სიგრძით.
ვიწრო ხაზის სიგანის ლაზერის რეალიზაცია და გამოყენება
ლაზერის სამუშაო ნივთიერების თანდაყოლილი გაძლიერების ხაზის სიგანით შეზღუდული, თითქმის შეუძლებელია ვიწრო ხაზის სიგანის ლაზერის გამოსავლის პირდაპირი რეალიზება თავად ტრადიციულ ოსცილატორზე დაყრდნობით. ვიწრო ხაზის სიგანის ლაზერის მუშაობის რეალიზებისთვის, როგორც წესი, საჭიროა ფილტრების, ბადეების და სხვა მოწყობილობების გამოყენება გაძლიერების სპექტრში გრძივი მოდულის შესაზღუდად ან შესარჩევად, გრძივ რეჟიმებს შორის წმინდა გაძლიერების სხვაობის გასაზრდელად, ისე, რომ ლაზერულ რეზონატორში იყოს რამდენიმე ან თუნდაც მხოლოდ ერთი გრძივი რეჟიმის რხევა. ამ პროცესში ხშირად აუცილებელია ლაზერის გამოსავალზე ხმაურის გავლენის კონტროლი და გარე გარემოს ვიბრაციითა და ტემპერატურის ცვლილებებით გამოწვეული სპექტრული ხაზების გაფართოების მინიმიზაცია; ამავდროულად, ეს ასევე შეიძლება გაერთიანდეს ფაზის ან სიხშირის ხმაურის სპექტრული სიმკვრივის ანალიზთან, ხმაურის წყაროს გასაგებად და ლაზერის დიზაინის ოპტიმიზაციისთვის, რათა მიღწეული იქნას ვიწრო ხაზის სიგანის ლაზერის სტაბილური გამომავალი.
მოდით განვიხილოთ ლაზერების რამდენიმე სხვადასხვა კატეგორიის ვიწრო ხაზის სიგანის ოპერაციის რეალიზაცია.
ნახევარგამტარული ლაზერების უპირატესობებია კომპაქტური ზომა, მაღალი ეფექტურობა, ხანგრძლივი ექსპლუატაციის ვადა და ეკონომიკური სარგებელი.
ტრადიციულ ფაბრი-პეროს (FP) ოპტიკური რეზონატორი, რომელიცნახევარგამტარული ლაზერებიროგორც წესი, რხევა ხდება მრავალგრძივი რეჟიმში და გამომავალი ხაზის სიგანე შედარებით ფართოა, ამიტომ ვიწრო ხაზის სიგანის გამოსავლის მისაღებად აუცილებელია ოპტიკური უკუკავშირის გაზრდა.
განაწილებული უკუკავშირი (DFB) და განაწილებული ბრაგის არეკვლა (DBR) ორი ტიპიური შიდა ოპტიკური უკუკავშირის ნახევარგამტარული ლაზერია. მცირე ბადისებრი მოედნისა და კარგი ტალღის სიგრძის სელექციურობის გამო, ადვილია სტაბილური ერთსიხშირიანი ვიწრო ხაზის სიგანის გამოსავლის მიღწევა. ორ სტრუქტურას შორის მთავარი განსხვავება ბადის პოზიციაა: DFB სტრუქტურა ჩვეულებრივ ანაწილებს ბრაგის ბადის პერიოდულ სტრუქტურას მთელ რეზონატორში, ხოლო DBR-ის რეზონატორი ჩვეულებრივ შედგება არეკვლის ბადისებრი სტრუქტურისა და ბოლო ზედაპირზე ინტეგრირებული გაძლიერების რეგიონისგან. გარდა ამისა, DFB ლაზერები იყენებენ ჩაშენებულ ბადეებს დაბალი რეფრაქციული ინდექსის კონტრასტით და დაბალი არეკვლის უნარით. DBR ლაზერები იყენებენ ზედაპირულ ბადეებს მაღალი რეფრაქციული ინდექსის კონტრასტით და მაღალი არეკვლის უნარით. ორივე სტრუქტურას აქვს დიდი თავისუფალი სპექტრული დიაპაზონი და შეუძლია ტალღის სიგრძის რეგულირება რეჟიმის ნახტომის გარეშე რამდენიმე ნანომეტრის დიაპაზონში, სადაც DBR ლაზერს აქვს უფრო ფართო რეგულირების დიაპაზონი, ვიდრე...DFB ლაზერიგარდა ამისა, გარე ღრუს ოპტიკური უკუკავშირის ტექნოლოგია, რომელიც იყენებს გარე ოპტიკურ ელემენტებს ნახევარგამტარული ლაზერული ჩიპის გამომავალი სინათლის უკუკავშირისთვის და სიხშირის შესარჩევად, ასევე შეუძლია ნახევარგამტარული ლაზერის ვიწრო ხაზის სიგანის ოპერაციის რეალიზება.
(2) ბოჭკოვანი ლაზერები
ბოჭკოვანი ლაზერები გამოირჩევა მაღალი ტუმბოს გარდაქმნის ეფექტურობით, კარგი სხივის ხარისხით და მაღალი შეერთების ეფექტურობით, რაც ლაზერული სფეროს კვლევის აქტუალურ თემებს წარმოადგენს. ინფორმაციული ეპოქის კონტექსტში, ბოჭკოვანი ლაზერები კარგად თავსებადია ბაზარზე არსებულ ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო სისტემებთან. ერთსიხშირიანი ბოჭკოვანი ლაზერი, ვიწრო ხაზის სიგანის, დაბალი ხმაურისა და კარგი კოჰერენტულობის უპირატესობებით, მისი განვითარების ერთ-ერთ მნიშვნელოვან მიმართულებად იქცა.
ვიწრო ხაზის სიგანის გამოსავლის მისაღწევად, ბოჭკოვანი ლაზერის ბირთვს წარმოადგენს ერთსიხშირიანი გრძივი რეჟიმის მუშაობა, რომელიც, როგორც წესი, რეზონატორის სტრუქტურის მიხედვით შეიძლება დაიყოს DFB ტიპის, DBR ტიპის და რგოლის ტიპის. მათ შორის, DFB და DBR ერთსიხშირიანი ბოჭკოვანი ლაზერების მუშაობის პრინციპი მსგავსია DFB და DBR ნახევარგამტარული ლაზერების მუშაობის პრინციპისა.
როგორც ნაჩვენებია ნახაზ 1-ში, DFB ბოჭკოვანი ლაზერი განკუთვნილია განაწილებული ბრაგის ბადის ბოჭკოში ჩასაწერად. რადგან ოსცილატორის სამუშაო ტალღის სიგრძეზე გავლენას ახდენს ბოჭკოვანი პერიოდი, გრძივი რეჟიმის შერჩევა შესაძლებელია ბადის განაწილებული უკუკავშირის მეშვეობით. DBR ლაზერის ლაზერული რეზონატორი ჩვეულებრივ წარმოიქმნება ბოჭკოვანი ბრაგის ბადის წყვილისგან, ხოლო ერთგრძივი რეჟიმი ძირითადად შეირჩევა ვიწროზოლოვანი და დაბალი არეკვლის ბოჭკოვანი ბრაგის ბადეებით. თუმცა, მისი გრძელი რეზონატორის, რთული სტრუქტურისა და ეფექტური სიხშირის დისკრიმინაციის მექანიზმის არარსებობის გამო, რგოლის ფორმის ღრუ მიდრეკილია რეჟიმის ნახტომისკენ და რთულია მუდმივი გრძივი რეჟიმში სტაბილურად მუშაობა დიდი ხნის განმავლობაში.
სურათი 1, ერთი სიხშირის ორი ტიპიური წრფივი სტრუქტურაბოჭკოვანი ლაზერები
გამოქვეყნების დრო: 2023 წლის 27 ნოემბერი