تقنية الليزر ذات العرض الخطي الضيق الجزء الثاني

تقنية الليزر ذات العرض الخطي الضيق الجزء الثاني

(3)ليزر الحالة الصلبة

في عام 1960، كان أول ليزر ياقوتي في العالم عبارة عن ليزر الحالة الصلبة، والذي يتميز بطاقة إنتاجية عالية وتغطية بطول موجي أوسع. إن الهيكل المكاني الفريد لليزر ذو الحالة الصلبة يجعله أكثر مرونة في تصميم مخرجات عرض الخطوط الضيقة. في الوقت الحاضر، تشمل الطرق الرئيسية المطبقة طريقة التجويف القصير، وطريقة التجويف الدائري أحادي الاتجاه، والطريقة القياسية داخل التجويف، وطريقة التجويف بوضع البندول الالتواء، وطريقة صريف الحجم وطريقة حقن البذور.

يوضح الشكل 7 بنية العديد من أجهزة ليزر الحالة الصلبة النموذجية ذات الوضع الطولي الفردي.

يوضح الشكل 7 (أ) مبدأ العمل لاختيار الوضع الطولي الفردي استنادًا إلى معيار FP داخل التجويف، أي أنه يتم استخدام طيف نقل عرض الخط الضيق للمعيار لزيادة فقدان الأوضاع الطولية الأخرى، بحيث تكون الأوضاع الطولية الأخرى يتم ترشيحها في عملية المنافسة في الوضع بسبب نفاذيتها الصغيرة، وذلك لتحقيق تشغيل الوضع الطولي الفردي. بالإضافة إلى ذلك، يمكن الحصول على نطاق معين من مخرجات ضبط الطول الموجي عن طريق التحكم في زاوية ودرجة حرارة معيار FP وتغيير الفاصل الزمني للوضع الطولي. تين. يُظهر الشكل 7 (ب) و (ج) مذبذب الحلقة غير المستوية (NPRO) وطريقة تجويف وضع البندول الالتوائي المستخدمة للحصول على خرج وضع طولي واحد. مبدأ العمل هو جعل الشعاع ينتشر في اتجاه واحد في الرنان، والقضاء بشكل فعال على التوزيع المكاني غير المتكافئ لعدد الجزيئات المعكوسة في تجويف الموجة الدائمة العادية، وبالتالي تجنب تأثير حرق الثقب المكاني لتحقيق إخراج الوضع الطولي واحد. مبدأ اختيار وضع Bragg grating (VBG) مشابه لمبدأ أشعة الليزر ذات عرض الخط الضيق لأشباه الموصلات والألياف المذكورة سابقًا، أي باستخدام VBG كعنصر مرشح، استنادًا إلى انتقائية طيفية جيدة وانتقائية زاوية، فإن المذبذب يتأرجح عند طول موجي أو نطاق محدد لتحقيق دور اختيار الوضع الطولي، كما هو مبين في الشكل 7 (د).
في الوقت نفسه، يمكن الجمع بين العديد من طرق اختيار الوضع الطولي وفقًا للاحتياجات لتحسين دقة اختيار الوضع الطولي، أو زيادة تضييق عرض الخط، أو زيادة شدة المنافسة في الوضع عن طريق إدخال تحويل التردد غير الخطي ووسائل أخرى، وتوسيع الطول الموجي الناتج الليزر أثناء العمل في خط عرض ضيق، وهو أمر يصعب القيام بهليزر أشباه الموصلاتوليزر الألياف.

(4) ليزر بريلوين

يعتمد ليزر Brillouin على تأثير تشتت Brillouin المحفز (SBS) للحصول على ضوضاء منخفضة وتقنية إخراج عرض الخط الضيق، ومبدأه هو من خلال الفوتون وتفاعل المجال الصوتي الداخلي لإنتاج تحول تردد معين لفوتونات Stokes، ويتم تضخيمه باستمرار داخل كسب عرض النطاق الترددي.

يوضح الشكل 8 مخطط مستوى تحويل SBS والبنية الأساسية لليزر Brillouin.

نظرًا لتردد الاهتزاز المنخفض للمجال الصوتي، يكون إزاحة تردد Brillouin للمادة عادةً 0.1-2 سم-1 فقط، لذلك مع وجود ليزر 1064 نانومتر كضوء المضخة، يكون الطول الموجي Stokes المتولد غالبًا حوالي 1064.01 نانومتر فقط، ولكن وهذا يعني أيضًا أن كفاءة التحويل الكمي عالية للغاية (تصل إلى 99.99٪ نظريًا). بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن عرض خط كسب Brillouin للوسط يكون عادةً في حدود MHZ-ghz فقط (يبلغ عرض خط كسب Brillouin لبعض الوسائط الصلبة حوالي 10 ميجاهرتز فقط)، فهو أقل بكثير من عرض خط الكسب للمادة العاملة بالليزر من أجل 100 جيجا هرتز، لذلك، يمكن أن يُظهر Stokes المثار في ليزر Brillouin ظاهرة تضييق الطيف الواضحة بعد التضخيم المتعدد في التجويف، ويكون عرض خط الإخراج الخاص به أضيق بعدة مرات من عرض خط المضخة. في الوقت الحاضر، أصبح ليزر Brillouin نقطة بحثية ساخنة في مجال الضوئيات، وكانت هناك العديد من التقارير حول ترتيب هرتز و هرتز الفرعي لإخراج عرض الخط الضيق للغاية.

في السنوات الأخيرة، ظهرت أجهزة Brillouin ذات بنية الدليل الموجي في مجالالضوئيات الميكروويف، وتتطور بسرعة في اتجاه التصغير والتكامل العالي والدقة الأعلى. بالإضافة إلى ذلك، دخل ليزر Brillouin الذي يعمل في الفضاء والذي يعتمد على مواد بلورية جديدة مثل الماس أيضًا في رؤية الناس في العامين الماضيين، وهو اختراق مبتكر في قوة هيكل الدليل الموجي وعنق الزجاجة SBS المتتالي، وقوة ليزر Brillouin إلى 10 واط، مما يضع الأساس لتوسيع نطاق تطبيقه.
مفترق عام
مع الاستكشاف المستمر للمعرفة المتطورة، أصبحت أجهزة الليزر ذات عرض الخط الضيق أداة لا غنى عنها في البحث العلمي بفضل أدائها الممتاز، مثل مقياس تداخل الليزر LIGO للكشف عن موجات الجاذبية، والذي يستخدم عرض خط ضيق أحادي الترددالليزرمع الطول الموجي 1064 نانومتر كمصدر للبذور، وعرض خط ضوء البذرة ضمن 5 كيلو هرتز. بالإضافة إلى ذلك، تُظهر أشعة الليزر ذات العرض الضيق ذات الطول الموجي القابل للضبط وعدم وجود قفزة في الوضع أيضًا إمكانات تطبيق كبيرة، خاصة في الاتصالات المتماسكة، والتي يمكن أن تلبي تمامًا احتياجات تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي (WDM) أو تعدد الإرسال بتقسيم التردد (FDM) لطول الموجة (أو التردد) ) قابلية الضبط، ومن المتوقع أن يصبح الجهاز الأساسي للجيل القادم من تكنولوجيا الاتصالات المتنقلة.
في المستقبل، سيؤدي ابتكار مواد الليزر وتكنولوجيا المعالجة إلى تعزيز ضغط عرض خط الليزر، وتحسين استقرار التردد، وتوسيع نطاق الطول الموجي وتحسين الطاقة، مما يمهد الطريق لاستكشاف الإنسان للعالم المجهول.