ما هوليزر ذو خط عرض ضيق?
ليزر ذو خط عرض ضيق، يشير مصطلح "عرض الخط" إلى عرض الخط الطيفي لـالليزرفي مجال التردد، والذي يُقاس عادةً بنصف ذروة العرض الكامل للطيف (FWHM). يتأثر عرض الخط بشكل رئيسي بالإشعاع التلقائي للذرات أو الأيونات المثارة، وضوضاء الطور، والاهتزاز الميكانيكي للمرنان، وتذبذب درجة الحرارة، وعوامل خارجية أخرى. كلما صغرت قيمة عرض الخط، زادت نقاء الطيف، أي تحسنت أحادية اللون لليزر. عادةً ما تتميز الليزرات ذات هذه الخصائص بضوضاء طور أو تردد منخفضة جدًا، وضوضاء كثافة نسبية منخفضة جدًا. في الوقت نفسه، كلما صغرت قيمة العرض الخطي لليزر، زادت قوة التماسك المقابل، والذي يتجلى في طول تماسك طويل للغاية.
تنفيذ وتطبيق الليزر ذو الخط الضيق
بسبب محدودية عرض خط الكسب المتأصل لمادة الليزر العاملة، يكاد يكون من المستحيل تحقيق خرج ليزر عرض الخط الضيق مباشرةً بالاعتماد على المذبذب التقليدي نفسه. لتحقيق تشغيل ليزر عرض الخط الضيق، عادةً ما يكون من الضروري استخدام المرشحات والشبكات وأجهزة أخرى لتحديد أو تحديد معامل الطول في طيف الكسب، وزيادة فرق الكسب الصافي بين الأوضاع الطولية، بحيث يكون هناك عدد قليل أو حتى وضع طولي واحد فقط في مرنان الليزر. في هذه العملية، غالبًا ما يكون من الضروري التحكم في تأثير الضوضاء على خرج الليزر، وتقليل اتساع الخطوط الطيفية الناتجة عن الاهتزاز وتغيرات درجة الحرارة في البيئة الخارجية؛ وفي الوقت نفسه، يمكن أيضًا دمجه مع تحليل كثافة طيف ضوضاء الطور أو التردد لفهم مصدر الضوضاء وتحسين تصميم الليزر، وذلك لتحقيق خرج مستقر لليزر عرض الخط الضيق.
دعونا نلقي نظرة على تحقيق عملية خط العرض الضيق لعدة فئات مختلفة من الليزر.
تتمتع ليزرات أشباه الموصلات بمزايا الحجم الصغير والكفاءة العالية والعمر الطويل والفوائد الاقتصادية.
الرنان البصري Fabry-Perot (FP) المستخدم في الأجهزة التقليديةليزرات أشباه الموصلاتيتذبذب بشكل عام في الوضع متعدد الأطوال، وعرض خط الإخراج واسع نسبيًا، لذلك من الضروري زيادة التغذية الراجعة البصرية للحصول على إخراج بعرض خط ضيق.
ليزر التغذية الراجعة الموزعة (DFB) وانعكاس براغ الموزع (DBR) هما ليزران شبه موصلان نموذجيان يعملان بالتغذية الراجعة البصرية الداخلية. بفضل صغر درجة الشبك وانتقائية الطول الموجي الجيدة، يسهل تحقيق خرج خطي ضيق ومستقر أحادي التردد. يكمن الاختلاف الرئيسي بين الهيكلين في موضع الشبكة: عادةً ما توزع بنية ليزر DFB البنية الدورية لشبكة براغ في جميع أنحاء الرنان، بينما يتكون مرنان DBR عادةً من بنية شبكة الانعكاس ومنطقة الكسب المدمجة في السطح النهائي. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم ليزرات DFB شبكات مدمجة ذات تباين منخفض في معامل الانكسار وانعكاسية منخفضة. تستخدم ليزرات DBR شبكات سطحية ذات تباين مرتفع في معامل الانكسار وانعكاسية عالية. يتميز كلا الهيكلين بنطاق طيفي حر كبير، ويمكنهما إجراء ضبط للطول الموجي دون قفزة في النمط في نطاق بضعة نانومترات، بينما يتمتع ليزر DBR بنطاق ضبط أوسع من...ليزر DFBبالإضافة إلى ذلك، فإن تقنية التغذية الراجعة البصرية للتجويف الخارجي، والتي تستخدم عناصر بصرية خارجية لتغذية الضوء الخارج من شريحة الليزر شبه الموصل وتحديد التردد، يمكنها أيضًا تحقيق تشغيل خط العرض الضيق لليزر شبه الموصل.
(2) ليزر الألياف
تتميز ليزرات الألياف بكفاءة تحويل عالية للمضخة، وجودة شعاع ممتازة، وكفاءة اقتران عالية، وهي مواضيع بحثية رائجة في مجال الليزر. في عصر المعلومات، تتميز ليزرات الألياف بتوافق جيد مع أنظمة اتصالات الألياف الضوئية الحالية في السوق. وقد أصبح ليزر الألياف أحادي التردد، بمزاياه المتمثلة في ضيق عرض الخط وانخفاض الضوضاء والتماسك الجيد، أحد أهم اتجاهات تطويره.
يُعدّ تشغيل الوضع الطولي الأحادي جوهر ليزر الألياف لتحقيق خرج ذي عرض خطي ضيق. عادةً، يُمكن تقسيم ليزر الألياف أحادي التردد إلى نوع DFB، ونوع DBR، ونوع حلقي، وذلك وفقًا لهيكل مرنانه. يتشابه مبدأ عمل ليزري الألياف أحاديي التردد DFB وDBR مع مبدأ عمل ليزري أشباه الموصلات DFB وDBR.
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.
وقت النشر: 03-06-2025