Kender du laserteknologien med smal linjebredde?

Hvad tænker du på, når du tænker på lasere? EN  med lasersværd af General Grievous i Star Wars? Eller en af ​​de dødbringende laserkanaler fra Resident Evil? Eller Scotts laserøjne fra X-Men, der kunne brænde alt? Disse "lasere", som de er kendt, optræder ofte i nogle science fiction-værker i form af høj effekt og høj energi, og viser stor kraft (se figur 1).

I det virkelige liv har lasere også sneget sig ind i mange industrier, fra medicinske områder såsom laserkosmetologi og nærsynethedbehandling til industrielle fremstillingsområder såsom lasermærkning, skæring og svejsning, såvel som banebrydende videnskabelige områder såsom radardetektion, mikroskopisk billeddannelse og kvantekommunikation, der er opstået i de senere år. På nuværende tidspunkt har laserteknologi ydet enestående bidrag til at fremme udviklingen af ​​national forsvarssikkerhed, biomedicinsk, intelligent fremstilling og information.

Men skal de lasere, vi har brug for, alle have høj effekt og stor "dødelighed", som vist i filmen?

Først og fremmest skal vi se på laserens grundlæggende egenskaber, der er forskellig fra den traditionelle lyskilde, som vist i figur 2, som vi nævnte tidligere i film- og tv-værkerne, har laseren kraftige egenskaber, normalt proportional med lysstyrken (effekt). ) af laseren, men også afspejler laseren har en god retningsegenskaber.

Derudover er monokromaticitet og sammenhæng også i fokus. Lyset, der udsendes af den almindelige lyskilde, er normalt forskellig i frekvens, så det indeholder en række forskellige farver, og de forskellige fotoner, der udsendes af laseren, har samme frekvens, så det er en meget fremragende monokromatisk lyskilde. Ikke nok med det, fordi laserens exciterede strålingsfotoner er konsistente i fase, er der et fast faseforhold mellem punkterne på laserstrålens tværsnit under påvirkning af resonatoren, så sammenlignet med den almindelige lyskilde er kohærensen af laseren er også fremragende. Kombineret med laserens fremragende monokromaticitet og kohærensegenskaber, selvom der ikke er nogen højeffekt "halo" på kilowatt og 10,000 watt, kan lasere stadig bruges i vid udstrækning inden for spektralteknologi, optisk måling og andre områder.

Karakteristika af laser adskiller sig fra traditionelle lyskilder

I dag vil vi introducere en "monokromatisk" laser til den ekstreme - laser med smal linjebredde. Dens fremkomst udfylder hullerne i mange anvendelsesområder for laser, og har i de senere år været meget brugt i gravitationsbølgedetektion, liDAR, distribueret sensing, højhastigheds kohærent optisk kommunikation og andre felter, hvilket er en "mission", der ikke kan udføres kun ved at forbedre lasereffekten.

Realisering og anvendelse af laser med smal linjebredde

Begrænset af den iboende forstærkningslinjebredde af laserens arbejdsstof er det næsten umuligt direkte at realisere outputtet fra laseren med smal linjebredde ved at stole på den traditionelle oscillator selv. For at realisere driften af ​​laser med smal linjebredde er det normalt nødvendigt at bruge filtre, gitter og andre enheder til at begrænse eller vælge det langsgående modul i forstærkningsspektret og øge nettoforstærkningsforskellen mellem de langsgående tilstande, så der er få eller endda kun en langsgående modusoscillation i laserresonatoren. I denne proces er det ofte nødvendigt at kontrollere støjens indflydelse på laseroutputtet og minimere udvidelsen af ​​spektrallinjer forårsaget af vibrationer og temperaturændringer i det ydre miljø; Samtidig kan det også kombineres med analysen af ​​fase- eller frekvensstøjspektraltæthed for at forstå kilden til støj og optimere laserens design for at opnå stabil udgang af laseren med smal linjebredde.

Lad os tage et kig på realiseringen af ​​den snævre linjebredde drift af flere forskellige kategorier af lasere.

1) Halvlederlaser

Halvlederlasere har fordelene ved kompakt størrelse, høj effektivitet, lang levetid og økonomiske fordele.

Fabry-Perot (FP) optiske resonator, der bruges i traditionelle halvlederlasere, svinger generelt i multi-langsgående tilstand, og udgangslinjebredden er relativt bred, så det er nødvendigt at øge den optiske feedback for at opnå output med smal linjebredde.

Distribueret feedback (DFB) og distribueret Bragg-reflektion (DBR) er to typiske interne optiske feedback-halvlederlasere. Deres strukturer og outputspektre er vist i fig. 5. På grund af den lille gitterstigning og gode bølgelængdeselektivitet er det let at opnå stabil enkeltfrekvens, smal linjebredde-output. Hovedforskellen mellem de to strukturer er gitterets position: DFB-strukturen fordeler sædvanligvis den periodiske struktur af Bragg-gitteret gennem resonatoren, og resonatoren i DBR består normalt af reflektionsgitterstrukturen og forstærkningsområdet integreret i endefladen. Derudover bruger DFB-lasere indlejrede gitre med lav brydningsindekskontrast og lav reflektivitet. DBR-lasere bruger overfladegitre med høj brydningsindekskontrast og høj reflektivitet. Begge strukturer har et stort frit spektralområde og kan udføre bølgelængdetuning uden modespring i området på få nanometer, hvor DBR-laseren har et bredere tuningområde end DFB-laseren.

Derudover kan den eksterne kavitets optiske feedback-teknologi, som bruger eksterne optiske elementer til at feedbacke det udgående lys fra halvlederlaserchippen og vælge frekvensen, også realisere halvlederlaserens smalle liniebreddedrift.

2) Fiberlasere

Fiberlasere har høj pumpekonverteringseffektivitet, god strålekvalitet og høj koblingseffektivitet, hvilket er hotte forskningsemner på laserområdet. I forbindelse med informationsalderen har fiberlasere god kompatibilitet med nuværende optiske fiberkommunikationssystemer på markedet. Enkeltfrekvent fiberlaser med fordelene ved smal linjebredde, lav støj og god sammenhæng er blevet en af ​​de vigtige retninger i dens udvikling.

Single longitudinal mode operation er kernen i fiberlaser for at opnå smal linjebredde output, normalt i henhold til strukturen af ​​resonatoren af ​​enkelt frekvens fiber laser kan opdeles i DFB type, DBR type og ring type. Blandt dem ligner arbejdsprincippet for DFB- og DBR-enkeltfrekvensfiberlasere det for DFB- og DBR-halvlederlasere.

DFB fiberlaser skal skrive det distribuerede Bragg-gitter ind i fiberen. Fordi oscillatorens arbejdsbølgelængde er påvirket af fiberperioden, kan den langsgående tilstand vælges af den distribuerede feedback af gitteret. DBR-laserens laserresonator er normalt dannet af et par fiber-Bragg-gitre, og den enkelte langsgående tilstand vælges hovedsageligt af de smalbåndede og lavreflekterende fiber-Bragg-gitre. På grund af dens lange resonator, komplekse struktur og mangel på effektiv frekvensdiskriminationsmekanisme er det ringformede hulrum imidlertid tilbøjeligt til at hoppe, og det er vanskeligt at arbejde stabilt i konstant langsgående tilstand i lang tid.

3) Solid state laser

I 1960 var verdens første rubinlaser en solid-state laser, kendetegnet ved en høj udgangsenergi og en bredere bølgelængdedækning. Den unikke rumlige struktur af solid-state laser gør den mere fleksibel i udformningen af ​​output med smal linjebredde. På nuværende tidspunkt omfatter de vigtigste metoder, der er implementeret, metoden med kort hulrum, envejs-ringhulsmetode, standardmetode for intrakavitet, hulrumsmetode med torsionspendultilstand, volumen Bragg-gittermetode og frøinjektionsmetode.

Kontakt information:

Hvis du har nogle ideer, er du velkommen til at tale med os. Uanset hvor vores kunder er, og hvad vores krav er, vil vi følge vores mål om at give vores kunder høj kvalitet, lave priser og den bedste service.