Makitid na Linewidth Laser

Ang ilang mga aplikasyon ng laser ay nangangailangan ng laser na magkaroon ng isang napakakitid na linewidth, iyon ay, isang makitid na spectrum. Ang mga makitid na linewidth na laser ay tumutukoy sa mga single-frequency na laser, iyon ay, mayroong isang resonant cavity mode sa halaga ng laser, at ang ingay ng phase ay napakababa, kaya ang parang multo na kadalisayan ay napakataas. Karaniwan ang gayong mga laser ay may napakababang intensity na ingay.

Ang pinakamahalagang uri ng makitid na linewidth laser ay ang mga sumusunod:

1. Semiconductor lasers, distributed feedback laser diodes (DFB lasers) at distributed Bragg reflection lasers (DBR lasers), ay pinakakaraniwang ginagamit sa 1500 o 1000nm na rehiyon. Ang mga karaniwang parameter ng pagpapatakbo ay isang output power na sampu-sampung milliwatts (minsan mas mataas sa 100 milliwatts) at isang linewidth ng ilang MHz.

2. Ang mga mas makitid na linewidth ay maaaring makuha gamit ang mga semiconductor laser, halimbawa sa pamamagitan ng pagpapahaba ng resonator na may single-mode fiber na naglalaman ng narrowband fiber Bragg grating, o sa pamamagitan ng paggamit ng external na cavity diode laser. Gamit ang pamamaraang ito, maaaring makamit ang isang ultra-makitid na linewidth ng ilang kHz o mas mababa pa sa 1kHz.

3. Ang mga maliliit na distributed feedback fiber lasers (mga resonator na gawa sa mga espesyal na fiber Bragg grating) ay maaaring makabuo ng mga kapangyarihan ng output na sampu-sampung milliwatts na may mga linewidth sa hanay ng kHz.

4. Ang diode-pumped solid-state body lasers na may non-planar ring resonator ay maaari ding makakuha ng linewidth na ilang kHz, habang ang output power ay medyo mataas, sa pagkakasunud-sunod ng 1W. Bagama't ang isang tipikal na wavelength ay 1064nm, ang iba pang mga wavelength na rehiyon tulad ng 1300 o 1500nm ay posible rin.

Ang mga pangunahing kadahilanan na nakakaapekto sa makitid na linewidth ng mga laser

Upang makamit ang isang laser na may napakakitid na bandwidth ng radiation (linewidth), ang mga sumusunod na salik ay kailangang isaalang-alang sa disenyo ng laser:

Una, kailangang makamit ang single-frequency na operasyon. Ito ay madaling makamit sa pamamagitan ng paggamit ng gain medium na may maliit na gain bandwidth at isang maikling laser cavity (na nagreresulta sa isang malaking libreng spectral range). Ang layunin ay dapat na pangmatagalang stable na single-frequency na operasyon nang walang mode hopping.

Pangalawa, ang impluwensya ng panlabas na ingay ay kailangang mabawasan. Nangangailangan ito ng isang matatag na setup ng resonator (monochrome), o espesyal na proteksyon laban sa mga mekanikal na vibrations. Kailangang gumamit ang mga electricly pumped laser na low-noise current o boltahe na pinagmumulan, habang ang optically pumped lasers ay kailangang magkaroon ng mababang intensity na ingay bilang pump light source. Bilang karagdagan, ang lahat ng feedback light wave ay kailangang iwasan, halimbawa sa pamamagitan ng paggamit ng Faraday isolator. Sa teorya, ang panlabas na ingay ay may mas kaunting impluwensya kaysa sa panloob na ingay, tulad ng kusang paglabas sa gain medium. Madali itong makamit kapag mataas ang dalas ng ingay, ngunit kapag mababa ang dalas ng ingay, pinakamahalaga ang epekto sa linewidth.

Pangatlo, kailangang i-optimize ang disenyo ng laser para mabawasan ang ingay ng laser, lalo na ang ingay sa phase. Mas pinipili ang mataas na intracavity power at mahabang resonator, bagama't mas mahirap makamit ang matatag na single-frequency na operasyon sa kasong ito.

Ang pag-optimize ng system ay nangangailangan ng pag-unawa sa kahalagahan ng iba't ibang pinagmumulan ng ingay, dahil ang iba't ibang mga sukat ay kinakailangan depende sa nangingibabaw na pinagmulan ng ingay. Halimbawa, ang linewidth na na-minimize ayon sa Schawlow-Townes equation ay hindi kinakailangang i-minimize ang aktwal na linewidth kung ang aktwal na linewidth ay tinutukoy ng mekanikal na ingay.

Mga Katangian ng Ingay at Mga Detalye ng Pagganap.

Ang parehong mga katangian ng ingay at mga sukatan ng pagganap ng makitid na linewidth na mga laser ay walang kuwentang isyu. Ang iba't ibang mga diskarte sa pagsukat ay tinatalakay sa entry na Linewidth, lalo na ang mga linewidth ng ilang kHz o mas mababa ay hinihingi. Bilang karagdagan, ang pagsasaalang-alang lamang sa linewidth na halaga ay hindi maaaring magbigay ng lahat ng mga katangian ng ingay; kinakailangang magbigay ng kumpletong spectrum ng ingay ng phase, pati na rin ang impormasyon ng ingay na may kaugnayan sa intensity. Ang halaga ng linewidth ay kailangang isama sa kahit man lang sa oras ng pagsukat, o iba pang impormasyon na isinasaalang-alang ang pangmatagalang frequency drift.

Siyempre, ang iba't ibang mga application ay may iba't ibang mga kinakailangan, at kung anong antas ng index ng pagganap ng ingay ang kailangang isaalang-alang sa iba't ibang mga aktwal na sitwasyon.

Mga Application ng Narrow Linewidth Laser

1. Ang isang napakahalagang aplikasyon ay sa larangan ng sensing, tulad ng pressure o temperatura fiber optic sensor, iba't ibang interferometer sensing, gamit ang iba't ibang absorption LIDAR upang makita at masubaybayan ang gas, at paggamit ng Doppler LIDAR upang sukatin ang bilis ng hangin. Ang ilang fiber optic sensor ay nangangailangan ng laser linewidth na ilang kHz, samantalang sa LIDAT measurements, isang 100kHz linewidth ay sapat.

2. Ang mga pagsukat ng optical frequency ay nangangailangan ng napakakitid na source linewidth, na nangangailangan ng mga diskarte sa pag-stabilize upang makamit.

3. Ang mga sistema ng komunikasyon ng optical fiber ay may medyo maluwag na mga kinakailangan sa lapad ng linya, at pangunahing ginagamit para sa mga transmitters o para sa pagtuklas o pagsukat.