اليوم ، سنقدم ليزر "أحادي اللون" إلى أقصى الحدود - ليزر خط خط الضيق. يملأ ظهوره الفجوات في العديد من مجالات التطبيق من الليزر ، وفي السنوات الأخيرة تم استخدامها على نطاق واسع في الكشف عن الموجة الجاذبية ، وليدار ، والاستشعار الموزعة ، والاتصال البصري متماسك عالية السرعة وغيرها من الحقول ، والتي لا يمكن إكمالها إلا عن طريق تحسين قوة الليزر.
ما هو ليزر عرض خط الضيق؟
يشير مصطلح "عرض الخط" إلى عرض الخط الطيفي للليزر في مجال التردد ، والذي عادةً ما يتم قياسه كميًا من حيث العرض الكامل نصف الذروة للطيف (FWHM). يتأثر عرض الخط بشكل أساسي بالإشعاع التلقائي للذرات أو أيونات متحمسة ، وضوضاء الطور ، والاهتزاز الميكانيكي للمرنان ، وتراجع درجة الحرارة ، والعوامل الخارجية الأخرى. كلما كانت قيمة عرض الخط الأصغر ، كلما ارتفعت نقاء الطيف ، أي كلما كان ذلك أفضل أحادي اللون للليزر. عادةً ما يكون للليزر مع هذه الخصائص ضوضاء قليلة جدًا أو تردد وضوضاء شدة نسبية جدًا. في الوقت نفسه ، كلما كانت قيمة العرض الخطي الأصغر للليزر أصغر ، كلما كان التماسك المقابل أقوى ، والذي يتجلى كطول تماسك طويل للغاية.
إدراك وتطبيق ليزر عرض خط الضيق
يقتصر على عرض خطوط الكسب المتأصلة لمادة العمل في الليزر ، يكاد يكون من المستحيل إدراك بشكل مباشر إخراج ليزر عرض الخط الضيق من خلال الاعتماد على المذبذب التقليدي نفسه. من أجل إدراك تشغيل الليزر الضيق لخط السطر ، يكون من الضروري عادةً استخدام المرشحات والأجهزة الأخرى والأجهزة الأخرى لتقييد أو اختيار المعامل الطولي في طيف الكسب ، وزيادة الفرق الصافي بين الأوضاع الطولية ، بحيث يكون هناك عدد قليل أو حتى تذبذب الطول الطولي في مرافق الليزر. في هذه العملية ، من الضروري في كثير من الأحيان التحكم في تأثير الضوضاء على ناتج الليزر ، وتقليل توسيع الخطوط الطيفية الناتجة عن التغيرات في البيئة الخارجية في البيئة الخارجية ؛ في الوقت نفسه ، يمكن أيضًا دمجه مع تحليل الكثافة الطيفية للضوضاء في الطور أو التردد لفهم مصدر الضوضاء وتحسين تصميم الليزر ، وذلك لتحقيق مخرجات مستقرة من ليزر الخطية الضيقة.
دعونا نلقي نظرة على إدراك تشغيل خطوط خطية ضيقة لعدة فئات مختلفة من الليزر.
تتمتع الليزر شبه الموصل بمزايا الحجم المدمج والكفاءة العالية والحياة الطويلة والفوائد الاقتصادية.
المرنان البصري Fabry-Perot (FP) يستخدم في التقليديةليزر أشباه الموصلاتيتأرجح بشكل عام في الوضع متعدد الطول ، وعرض خط الإخراج واسع نسبيًا ، لذلك من الضروري زيادة التغذية المرتدة البصرية للحصول على إخراج عرض الخط الضيق.
التغذية المرتدة الموزعة (DFB) وانعكاس Bragg الموزعة (DBR) هما ليزرات أشباه الموصلات البصرية الداخلية النموذجية. نظرًا لوجود ملعب صريف صغير وانتقائية ذات الطول الموجي الجيد ، من السهل تحقيق إخراج عرض خط خط الضيق مستقر. الفرق الرئيسي بين الهيكلين هو موضع الصرف: عادةً ما يوزع بنية DFB الهيكل الدوري لتصريف Bragg في جميع أنحاء المرنان ، وعادة ما يتكون مرنان DBR من بنية صريف الانعكاس ومنطقة الكسب المدمجة في سطح النهاية. بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم الليزر DFB حواجز شبكية مضمنة مع تباين مؤشر الانكسار المنخفض وانعكاس منخفض. تستخدم الليزر DBR حواجز شبكية سطحية مع تباين مؤشر الانكسار العالي والانعكاس العالي. يحتوي كلا الهيكلين على مجموعة طيفية حرة كبيرة ويمكنهما أداء ضبط الطول الموجي دون قفز الوضع في نطاق عدد قليل من النانومتر ، حيث يحتوي ليزر DBR على نطاق ضبط أوسع منDFB ليزر. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تقنية التغذية المرتدة البصرية التجويف الخارجية ، التي تستخدم عناصر بصرية خارجية لتعليقات الضوء الصادر لرقاقة ليزر أشباه الموصلات واختيار التردد ، يمكن أن يدرك أيضًا تشغيل خطوط الخطية الضيقة لليزر أشباه الموصلات.
(2) ليزر الألياف
تتمتع الليزر الألياف بكفاءة تحويل مضخة عالية ، وجودة شعاع جيدة ، وكفاءة اقتران عالية ، وهي مواضيع البحث الساخنة في مجال الليزر. في سياق عصر المعلومات ، تتمتع أشعة الليزر الألياف بتوافق جيد مع أنظمة اتصالات الألياف البصرية الحالية في السوق. أصبح ليزر الألياف أحادية التردد مع مزايا عرض الخط الضيق ، والضوضاء المنخفضة والتماسك الجيد أحد الاتجاهات المهمة لتطورها.
عملية الوضع الطولي الفردي هي جوهر الليزر الألياف لتحقيق إخراج عرض خط ضيق ، عادةً ما يمكن تقسيم بنية مرنان ليزر الألياف التردد الواحد إلى نوع DFB ونوع DBR ونوع الحلقة. من بينها ، يشبه مبدأ العمل في DFB و DBR ليزر الألياف أحادية الترددات DFB و DBR ليزر أشباه الموصلات.
كما هو مبين في الشكل 1 ، فإن ليزر الألياف DFB هو كتابة Bragg الموزعة في الألياف. نظرًا لأن الطول الموجي العام لمذبذب يتأثر بفترة الألياف ، يمكن اختيار الوضع الطولي من خلال التغذية المرتدة الموزعة للصريف. عادةً ما يتم تشكيل مرنان الليزر للليزر DBR بواسطة زوج من حواجز شبكية Bragg الألياف ، ويتم اختيار الوضع الطولي المفرد بشكل أساسي بواسطة حواجب Bragg ذات الألياف الضيقة المنخفضة. ومع ذلك ، بسبب الرنان الطويل ، والهيكل المعقد وعدم وجود آلية فعالة للتمييز في التردد ، فإن التجويف على شكل حلقة عرضة للتنقل ، ومن الصعب العمل بشكل ثابت في وضع طولي ثابت لفترة طويلة.
الشكل 1 ، اثنين من الهياكل الخطية النموذجية لتردد واحدليزر الألياف
وقت النشر: نوفمبر -27-2023