Oghje, presenteremu un laser "monocromaticu" à l'estremu - un laser à larghezza di linea stretta. A so apparizione riempie i buchi in parechji campi d'applicazione di u laser, è in l'ultimi anni hè statu largamente utilizatu in a rilevazione di onde gravitazionali, liDAR, rilevamentu distribuitu, cumunicazione ottica coerente à alta velocità è altri campi, chì hè una "missione" chì ùn pò esse cumpletata solu migliurendu a putenza di u laser.
Chì ghjè un laser à larghezza di linea stretta?
U termine "larghezza di linea" si riferisce à a larghezza di linea spettrale di u laser in u duminiu di frequenza, chì hè generalmente quantificata in termini di a larghezza cumpleta di u spettru à meza cima (FWHM). A larghezza di linea hè principalmente influenzata da a radiazione spontanea di atomi o ioni eccitati, rumore di fase, vibrazione meccanica di u risonatore, jitter di temperatura è altri fattori esterni. Più chjucu hè u valore di a larghezza di linea, più alta hè a purità di u spettru, vale à dì, megliu hè a monocromaticità di u laser. I laser cù tali caratteristiche anu di solitu assai pocu rumore di fase o di frequenza è assai pocu rumore d'intensità relativa. À u listessu tempu, più chjucu hè u valore di larghezza lineare di u laser, più forte hè a cuerenza currispondente, chì si manifesta cum'è una lunghezza di cuerenza estremamente longa.
Realizazione è applicazione di laser à larghezza di linea stretta
Limitatu da a larghezza di linea di guadagnu inerente di a sustanza di travagliu di u laser, hè guasi impussibile di realizà direttamente a pruduzzione di u laser à larghezza di linea stretta basendu si nantu à l'oscillatore tradiziunale stessu. Per realizà u funziunamentu di u laser à larghezza di linea stretta, hè di solitu necessariu aduprà filtri, reticoli è altri dispositivi per limità o selezziunà u modulu longitudinale in u spettru di guadagnu, aumentà a differenza di guadagnu netu trà i modi longitudinali, in modu chì ci sianu pochi o ancu solu una oscillazione di modu longitudinale in u risonatore laser. In questu prucessu, hè spessu necessariu cuntrullà l'influenza di u rumore nantu à a pruduzzione di u laser, è minimizà l'allargamentu di e linee spettrali causatu da e vibrazioni è i cambiamenti di temperatura di l'ambiente esternu; À u listessu tempu, pò ancu esse cumminatu cù l'analisi di a densità spettrale di rumore di fase o di frequenza per capisce a fonte di rumore è ottimizà u disignu di u laser, in modu da ottene una pruduzzione stabile di u laser à larghezza di linea stretta.
Demu un'ochjata à a realizazione di l'operazione à larghezza di linea stretta di parechje categurie diverse di laser.
I laser à semiconduttori anu i vantaghji di dimensioni compatte, alta efficienza, longa durata di vita è benefici ecunomichi.
U risonatore otticu Fabry-Perot (FP) utilizatu in i sistemi tradiziunalilaser à semiconduttorigeneralmente oscilla in modu multi-longitudinale, è a larghezza di a linea di output hè relativamente larga, dunque hè necessariu aumentà u feedback otticu per ottene l'output di larghezza di linea stretta.
U feedback distribuitu (DFB) è a riflessione distribuita di Bragg (DBR) sò dui laser semiconduttori à feedback otticu internu tipici. A causa di u picculu passu di u reticolo è di a bona selettività di lunghezza d'onda, hè faciule ottene una uscita stabile à larghezza di linea stretta à frequenza unica. A principale differenza trà e duie strutture hè a pusizione di u reticolo: a struttura DFB distribuisce di solitu a struttura periodica di u reticolo di Bragg in tuttu u risonatore, è u risonatore di u DBR hè di solitu cumpostu da a struttura di u reticolo di riflessione è a regione di guadagnu integrata in a superficia finale. Inoltre, i laser DFB utilizanu reticoli integrati cù un cuntrastu di indice di rifrazione bassu è una bassa riflettività. I laser DBR utilizanu reticoli superficiali cù un altu cuntrastu di indice di rifrazione è una alta riflettività. E duie strutture anu una larga gamma spettrale libera è ponu eseguisce l'accordatura di lunghezza d'onda senza saltu di modu in a gamma di pochi nanometri, induve u laser DBR hà una gamma di accordatura più larga di aLaser DFBInoltre, a tecnulugia di feedback otticu di a cavità esterna, chì usa elementi ottici esterni per feedback a luce in uscita di u chip laser semiconduttore è selezziunà a frequenza, pò ancu realizà u funziunamentu di larghezza di linea stretta di u laser semiconduttore.
(2) Laser à fibra
I laser à fibra anu una alta efficienza di cunversione di pompa, una bona qualità di fasciu è una alta efficienza di accoppiamentu, chì sò i temi di ricerca più impurtanti in u campu laser. In u cuntestu di l'era di l'infurmazione, i laser à fibra anu una bona compatibilità cù i sistemi di cumunicazione in fibra ottica attuali in u mercatu. U laser à fibra à frequenza unica cù i vantaghji di una larghezza di linea stretta, un rumore bassu è una bona cuerenza hè diventatu una di e direzzioni impurtanti di u so sviluppu.
U funziunamentu in modu longitudinale unicu hè u core di u laser à fibra per ottene una pruduzzione di larghezza di linea stretta, di solitu secondu a struttura di u risonatore di u laser à fibra à frequenza unica pò esse divisu in tipu DFB, tipu DBR è tipu d'anellu. Frà elli, u principiu di funziunamentu di i laser à fibra à frequenza unica DFB è DBR hè simile à quellu di i laser à semiconduttore DFB è DBR.
Cum'è mostratu in a Figura 1, u laser à fibra DFB hè di scrive una reticola di Bragg distribuita in a fibra. Siccomu a lunghezza d'onda di travagliu di l'oscillatore hè influenzata da u periodu di a fibra, u modu longitudinale pò esse sceltu per mezu di u feedback distribuitu di a reticola. U risonatore laser di u laser DBR hè generalmente furmatu da una coppia di reticoli di Bragg in fibra, è u modu longitudinale unicu hè principalmente sceltu da reticoli di Bragg in fibra à banda stretta è bassa riflettività. Tuttavia, per via di u so risonatore longu, a struttura cumplessa è a mancanza di un mecanismu efficace di discriminazione di frequenza, a cavità in forma d'anellu hè propensa à u saltu di modu, è hè difficiule di travaglià stabilmente in modu longitudinale costante per un bellu pezzu.
Figura 1, Dui strutture lineari tipiche di frequenza unicalaser à fibra
Data di publicazione: 27 di nuvembre di u 2023