تقنية الليزر ذات الخطوط الضيقة - الجزء الثاني
في عام ١٩٦٠، كان أول ليزر ياقوت في العالم ليزرًا من نوع الحالة الصلبة، يتميز بطاقة خرج عالية وتغطية أوسع للأطوال الموجية. يُضفي الهيكل المكاني الفريد لليزر الحالة الصلبة مرونة أكبر في تصميم خطوط خرج ضيقة. تشمل الطرق الرئيسية المُطبقة حاليًا طريقة التجويف القصير، وطريقة تجويف الحلقة أحادية الاتجاه، وطريقة التجويف القياسي، وطريقة تجويف وضع البندول الالتواءي، وطريقة شبكة براغ الحجمية، وطريقة حقن البذور.
يوضح الشكل 7 بنية العديد من الليزرات ذات الحالة الصلبة ذات الوضع الطولي المفرد.
يوضح الشكل 7(أ) مبدأ عمل اختيار الوضع الطولي المفرد بناءً على معيار FP داخل التجويف، أي استخدام طيف الإرسال ضيق عرض خط المعيار لزيادة فقدان الأوضاع الطولية الأخرى، بحيث تُستبعد الأوضاع الطولية الأخرى في عملية التنافس على الأوضاع نظرًا لانخفاض نفاذيتها، وذلك لتحقيق تشغيل الوضع الطولي المفرد. بالإضافة إلى ذلك، يمكن الحصول على نطاق معين من خرج ضبط الطول الموجي عن طريق التحكم في زاوية ودرجة حرارة معيار FP وتغيير فاصل الوضع الطولي. يوضح الشكلان 7(ب) و7(ج) مذبذب الحلقة غير المستوي (NPRO) وطريقة تجويف وضع البندول الالتوائي المستخدمة للحصول على خرج وضع طولي واحد. مبدأ العمل هو جعل الشعاع ينتشر في اتجاه واحد داخل الرنان، مما يُزيل بفعالية التوزيع المكاني غير المتساوي لعدد الجسيمات المعكوسة في تجويف الموجة الدائمة الاعتيادية، وبالتالي تجنب تأثير احتراق الثقب المكاني لتحقيق خرج وضع طولي واحد. يشبه مبدأ اختيار وضع شبكة براغ السائبة (VBG) مبدأ ليزرات أشباه الموصلات والألياف الضوئية ضيقة العرض المذكورة سابقًا، أي باستخدام شبكة براغ كعنصر ترشيح، وبناءً على انتقائيتها الطيفية الجيدة وانتقائيتها الزاوية، يتذبذب المذبذب عند طول موجي أو نطاق محدد لتحقيق دور اختيار الوضع الطولي، كما هو موضح في الشكل 7(د).
في الوقت نفسه، يمكن دمج العديد من طرق اختيار الوضع الطولي وفقًا للاحتياجات لتحسين دقة اختيار الوضع الطولي، أو تضييق عرض الخط بشكل أكبر، أو زيادة شدة المنافسة على الوضع من خلال إدخال تحويل التردد غير الخطي ووسائل أخرى، وتوسيع طول موجة خرج الليزر أثناء التشغيل في عرض خط ضيق، وهو أمر يصعب القيام به.ليزر أشباه الموصلاتوليزر الألياف.
(4) ليزر بريلوين
يعتمد ليزر بريلوين على تأثير تشتت بريلوين المحفز (SBS) للحصول على تكنولوجيا إخراج ذات ضوضاء منخفضة وعرض خط ضيق، ومبدأه هو من خلال التفاعل بين الفوتون والمجال الصوتي الداخلي لإنتاج تحول تردد معين لفوتونات ستوكس، ويتم تضخيمه باستمرار داخل نطاق الكسب.
يوضح الشكل 8 مخطط مستوى تحويل SBS والبنية الأساسية لليزر Brillouin.
بسبب التردد الاهتزازي المنخفض للمجال الصوتي، فإن إزاحة تردد بريلوين للمادة تكون عادةً 0.1-2 سم-1 فقط، لذلك مع ليزر 1064 نانومتر كضوء مضخة، فإن طول موجة ستوكس الناتج غالبًا ما يكون حوالي 1064.01 نانومتر فقط، ولكن هذا يعني أيضًا أن كفاءة التحويل الكمي الخاصة به عالية للغاية (تصل إلى 99.99٪ من الناحية النظرية). بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن عرض خط كسب بريلوين للوسط يكون عادةً من رتبة MHZ-ghz فقط (عرض خط كسب بريلوين لبعض الوسائط الصلبة حوالي 10 ميجاهرتز فقط)، فهو أقل بكثير من عرض خط كسب مادة عمل الليزر من رتبة 100 جيجاهرتز، لذلك، يمكن أن يُظهر ستوكس المثار في ليزر بريلوين ظاهرة تضييق الطيف الواضحة بعد التضخيم المتعدد في التجويف، وعرض خط خرجه أضيق بعدة أوامر من حيث الحجم من عرض خط المضخة. في الوقت الحاضر، أصبح ليزر بريلوين نقطة ساخنة للأبحاث في مجال الفوتونيات، وكانت هناك العديد من التقارير حول ترتيب هرتز ودون هرتز لإخراج خط العرض الضيق للغاية.
في السنوات الأخيرة، ظهرت أجهزة Brillouin ذات بنية الموجات الموجهة في مجالفوتونيات الميكروويفوتتطور بسرعة نحو التصغير والتكامل العالي والدقة العالية. إضافةً إلى ذلك، دخل ليزر بريلوين الفضائي، القائم على مواد بلورية جديدة مثل الماس، مجال الرؤية خلال العامين الماضيين، حيث حقق اختراقًا مبتكرًا في قوة بنية الدليل الموجي وعنق الزجاجة المتتالي SBS، ووصلت قوة ليزر بريلوين إلى 10 واط، مما مهد الطريق لتوسيع نطاق تطبيقاته.
التقاطع العام
مع الاستكشاف المستمر للمعرفة المتطورة، أصبحت أشعة الليزر ذات الخطوط الضيقة أداة لا غنى عنها في البحث العلمي بأدائها الممتاز، مثل مقياس التداخل بالليزر LIGO لاكتشاف الموجات الثقالية، والذي يستخدم خطوطًا ضيقة التردد أحادية الترددالليزربطول موجي يبلغ 1064 نانومتر كمصدر أساسي، وعرض خط ضوء البذرة في حدود 5 كيلوهرتز. علاوة على ذلك، تُظهر أشعة الليزر ضيقة العرض، القابلة لضبط الطول الموجي وعدم وجود قفزة في الأنماط، إمكانات تطبيقية واعدة، لا سيما في مجال الاتصالات المتماسكة، والتي تلبي تمامًا احتياجات تقنية تقسيم الطول الموجي (WDM) أو تقسيم التردد (FDM) لضبط الطول الموجي (أو التردد)، ومن المتوقع أن تصبح الجهاز الأساسي للجيل القادم من تكنولوجيا الاتصالات المتنقلة.
في المستقبل، سوف يعمل ابتكار مواد الليزر وتكنولوجيا المعالجة على تعزيز ضغط خط عرض الليزر، وتحسين استقرار التردد، وتوسيع نطاق الطول الموجي، وتحسين الطاقة، مما يمهد الطريق لاستكشاف الإنسان للعالم المجهول.
وقت النشر: ٢٩ نوفمبر ٢٠٢٣