Ali poznate lasersko tehnologijo ozke črte?

Na kaj pomislite, ko pomislite na laserje? A  z laserskim mečem generala Grievousa v Vojni zvezd? Ali eden tistih smrtonosnih laserskih kanalov iz Resident Evil? Ali Scottove laserske oči iz Možje X, ki bi lahko zažgale vse? Ti "laserji", kot jih imenujemo, se pogosto pojavljajo v nekaterih delih znanstvene fantastike v obliki velike moči in visoke energije, ki prikazujejo veliko moč (glej sliko 1).

V resničnem življenju so se laserji prikradli tudi v številne industrije, od medicinskih področij, kot sta laserska kozmetologija in zdravljenje kratkovidnosti, do industrijskih proizvodnih področij, kot so lasersko označevanje, rezanje in varjenje, pa tudi v vrhunska znanstvena področja, kot so radarsko zaznavanje, mikroskopsko slikanje in kvantna komunikacija, ki sta se pojavila v zadnjih letih. Trenutno je laserska tehnologija izjemno prispevala k spodbujanju razvoja nacionalne obrambne varnosti, biomedicine, inteligentne proizvodnje in informacij.

Vendar, ali morajo imeti laserji, ki jih vsi potrebujemo, veliko moč in veliko "smrtonosnost", kot je prikazano v filmu?

Najprej si moramo ogledati osnovne značilnosti laserja, ki se razlikuje od tradicionalnega vira svetlobe, kot je prikazano na sliki 2, omenili smo prej v filmskih in televizijskih delih, laser ima močne lastnosti, običajno sorazmerne s svetlostjo (moč ) laserja, ampak tudi odbija laser ima dobre smerne lastnosti.

Poleg tega sta v središču pozornosti tudi monokromatičnost in skladnost. Svetloba, ki jo oddaja navaden vir svetlobe, je običajno drugačne frekvence, zato vsebuje različne barve, različni fotoni, ki jih oddaja laser, pa imajo enako frekvenco, zato je zelo odličen monokromatski vir svetlobe. Ne samo to, ker so fotoni laserskega vzbujenega sevanja konsistentni v fazi, obstaja fiksno fazno razmerje med točkami na prerezu laserskega žarka pod delovanjem resonatorja, tako da je v primerjavi z običajnim virom svetlobe koherenca laserja je tudi odlična. V kombinaciji z laserjevo odlično monokromatičnostjo in koherenčnimi značilnostmi, tudi če ni močnega "haloja" kilovatov in 10,000 vatov, se lahko laserji še vedno široko uporabljajo v spektralni tehnologiji, optičnih meritvah in na drugih področjih.

Značilnosti laserja se razlikujejo od tradicionalnih svetlobnih virov

Danes bomo ekstremno predstavili "monokromatski" laser - laser z ozko črto. Njegov pojav zapolnjuje vrzeli na številnih področjih uporabe laserja in se v zadnjih letih pogosto uporablja pri zaznavanju gravitacijskih valov, liDAR, porazdeljenem zaznavanju, hitri koherentni optični komunikaciji in na drugih področjih, kar je "misija", ki ne more dokončati le z izboljšanjem moči laserja.

Izvedba in uporaba laserja ozke črte

Omejeno z inherentno ojačano širino črte delovne snovi laserja, je skoraj nemogoče neposredno realizirati izhod laserja z ozko širino črte z zanašanjem na sam tradicionalni oscilator. Za uresničitev delovanja laserja z ozko širino črte je običajno treba uporabiti filtre, rešetke in druge naprave za omejitev ali izbiro vzdolžnega modula v spektru ojačenja in povečanje neto razlike ojačenja med vzdolžnima načinoma, tako da obstaja nekaj ali celo samo en longitudinalni način nihanja v laserskem resonatorju. Pri tem procesu je pogosto treba nadzorovati vpliv hrupa na laserski izhod in čim bolj zmanjšati širjenje spektralnih linij, ki ga povzročajo vibracije in temperaturne spremembe zunanjega okolja; Hkrati ga je mogoče kombinirati tudi z analizo spektralne gostote faznega ali frekvenčnega šuma, da bi razumeli vir šuma in optimizirali zasnovo laserja, da bi dosegli stabilen izhod laserja z ozko črto.

Oglejmo si izvedbo ozkoširinskega delovanja več različnih kategorij laserjev.

1) Polprevodniški laser

Polprevodniški laserji imajo prednosti kompaktne velikosti, visoke učinkovitosti, dolge življenjske dobe in ekonomskih koristi.

Optični resonator Fabry-Perot (FP), ki se uporablja v tradicionalnih polprevodniških laserjih, na splošno niha v več vzdolžnem načinu, širina izhodne črte pa je relativno široka, zato je treba povečati optično povratno informacijo, da dobimo izhod ozke širine črte.

Porazdeljena povratna zveza (DFB) in porazdeljena Braggova refleksija (DBR) sta dva tipična notranja optična povratna polprevodniška laserja. Njihove strukture in izhodni spektri so prikazani na sl. 5. Zaradi majhnega koraka rešetke in dobre selektivnosti valovne dolžine je enostavno doseči stabilen enofrekvenčni izhod ozke črte. Glavna razlika med obema strukturama je položaj rešetke: struktura DFB običajno porazdeli periodično strukturo Braggove mreže po celotnem resonatorju, resonator DBR pa je običajno sestavljen iz strukture refleksijske rešetke in ojačevalnega območja, integriranega v končna površina. Poleg tega laserji DFB uporabljajo vgrajene rešetke z nizkim kontrastom lomnega količnika in nizko odbojnostjo. Laserji DBR uporabljajo površinske rešetke z visokim kontrastom lomnega količnika in visoko odbojnostjo. Obe strukturi imata velik prosti spektralni razpon in lahko izvajata nastavitev valovne dolžine brez preskoka načina v območju nekaj nanometrov, kjer ima laser DBR širši razpon nastavitev kot laser DFB.

Poleg tega lahko tehnologija optične povratne informacije z zunanjo votlino, ki uporablja zunanje optične elemente za povratno informacijo o odhajajoči svetlobi polprevodniškega laserskega čipa in izbiro frekvence, prav tako uresniči delovanje polprevodniškega laserja z ozko širino črte.

2) Vlaknasti laserji

Vlakneni laserji imajo visoko učinkovitost pretvorbe črpalke, dobro kakovost žarka in visoko učinkovitost sklopitve, kar so vroče raziskovalne teme na laserskem področju. V kontekstu informacijske dobe so vlakneni laserji dobro združljivi s trenutnimi optičnimi komunikacijskimi sistemi na trgu. Enofrekvenčni vlakneni laser s prednostmi ozke širine črte, nizkega šuma in dobre koherence je postal ena od pomembnih smeri njegovega razvoja.

Delovanje z enojnim vzdolžnim načinom je jedro laserja z vlakni za doseganje izhodne širine ozke črte, običajno glede na strukturo resonatorja lahko enofrekvenčni laser z vlakni razdelimo na tip DFB, tip DBR in tip obroča. Med njimi je načelo delovanja enofrekvenčnih vlaknenih laserjev DFB in DBR podobno kot pri polprevodniških laserjih DFB in DBR.

Optični laser DFB zapiše porazdeljeno Braggovo mrežo v vlakno. Ker na delovno valovno dolžino oscilatorja vpliva perioda vlakna, je mogoče vzdolžni način izbrati s porazdeljeno povratno informacijo rešetke. Laserski resonator laserja DBR je običajno sestavljen iz para vlaknenih Braggovih rešetk, en sam vzdolžni način pa je v glavnem izbran z ozkim pasom in nizkoodbojnimi vlaknenimi Braggovimi mrežami. Vendar pa je zaradi dolgega resonatorja, zapletene strukture in pomanjkanja učinkovitega frekvenčnega diskriminatornega mehanizma obročasta votlina nagnjena k skakanju načina in je težko dolgo časa stabilno delovati v konstantnem vzdolžnem načinu.

3) Polprevodniški laser

Leta 1960 je bil prvi rubinski laser na svetu polprevodniški laser, za katerega je značilna visoka izhodna energija in širša pokritost valovne dolžine. Edinstvena prostorska struktura polprevodniškega laserja ga naredi bolj prilagodljivega pri oblikovanju izhodne širine ozke črte. Trenutno glavne metode, ki se izvajajo, vključujejo metodo kratke votline, metodo enosmerne obročaste votline, standardno metodo znotraj votline, metodo torzijskega nihalnega načina votline, metodo prostorninske Braggove rešetke in metodo vbrizgavanja semena.

Kontaktni podatki:

Če imate kakršne koli ideje, se obrnite na nas. Ne glede na to, kje so naše stranke in kakšne so naše zahteve, bomo sledili svojemu cilju, da svojim strankam zagotovimo visoko kakovost, nizke cene in najboljšo storitev.