Sa pagbuo ng makitid na linewidth na mga laser hanggang sa kasalukuyan, ang ebolusyon ng mga mekanismo ng feedback ng laser ay naging magkasingkahulugan sa ebolusyon ng mga istruktura ng laser resonator. Sa ibaba, ang iba't ibang mga pagsasaayos ng makitid na linewidth na mga teknolohiya ng laser ay ipinakilala sa pagkakasunud-sunod ng ebolusyon ng mga laser resonator.
Ang solong pangunahing-cavity laser ay maaaring nahahati sa istruktura sa mga linear na cavity at ring cavity, at ayon sa haba ng cavity, sa short-cavity at long-cavity na istruktura. Nagtatampok ang mga short-cavity laser ng malaking longitudinal mode spacing, na mas kapaki-pakinabang para sa pagkamit ng single longitudinal mode (SLM) na operasyon, ngunit dumaranas ng malawak na intrinsic cavity linewidth at kahirapan sa pagsugpo ng ingay. Ang mga istrukturang may mahabang lukab ay likas na nagpapakita ng makitid na mga katangian ng linewidth at nagbibigay-daan sa pagsasama-sama ng magkakaibang mga optical device na may mga nababaluktot na pagsasaayos; gayunpaman, ang kanilang teknikal na hamon ay nakasalalay sa pagkamit ng operasyon ng SLM dahil sa sobrang maliit na longitudinal mode spacing.
Bilang isang klasikong pagsasaayos ng mga pangunahing cavity ng laser, ipinagmamalaki ng linear na lukab ang mga pakinabang tulad ng isang simpleng istraktura, mataas na kahusayan, at madaling pagmamanipula. Sa kasaysayan, ang unang tunay na laser beam ay nabuo gamit ang isang F-P linear cavity structure. Sa kasunod na mga pagsulong sa agham at teknolohiya, ang istraktura ng F-P ay malawak na pinagtibay sa mga semiconductor laser, fiber laser, at solid-state laser.
Ang ring cavity ay isang pagbabago ng classic linear cavity, na nagtagumpay sa spatial hole-burning drawback ng mga linear cavity sa pamamagitan ng pagpapalit ng standing-wave field ng mga naglalakbay na alon upang makamit ang cyclic amplification ng optical signal. Hinimok ng pag-unlad ng mga fiber-optic na aparato, ang mga fiber laser na may flexible all-fiber na istruktura ay nakakuha ng malawak na atensyon at naging pinakamabilis na lumalagong kategorya ng mga laser sa nakalipas na dalawang dekada.
Ang mga non-planar ring oscillator (NPRO) laser ay kumakatawan sa isang espesyal na configuration ng laser ng paglalakbay-alon. Karaniwan, ang pangunahing lukab ng naturang mga laser ay binubuo ng isang monolitikong kristal, na kinokontrol ang estado ng polarisasyon ng laser sa pamamagitan ng pagmuni-muni sa dulo ng kristal at isang panlabas na magnetic field upang mapagtanto ang unidirectional na operasyon ng laser. Ang disenyong ito ay lubos na binabawasan ang thermal load ng laser resonator, naghahatid ng pambihirang katatagan sa wavelength at kapangyarihan, at nagtatampok ng makitid na mga katangian ng linewidth.
Pinipigilan ng mga kadahilanan tulad ng labis na maikling haba ng lukab at mataas na pagkawala ng intrinsic, ang mga configuration ng FP linear cavity na single-cavity laser batay sa intra-cavity na feedback ay dumaranas ng limitadong oras ng interaksyon ng photon at kahirapan sa pag-aalis ng kusang paglabas mula sa gain medium. Upang matugunan ang isyung ito, iminungkahi ng mga mananaliksik ang nag-iisang external-cavity feedback configuration. Ang panlabas na lukab ay gumagana upang pahabain ang oras ng pakikipag-ugnayan ng photon at i-feed ang mga na-filter na photon pabalik sa pangunahing lukab, sa gayon ay na-optimize ang pagganap ng laser at na-compress ang linewidth. Ang mga maagang simpleng panlabas na-cavity na istruktura batay sa spatial na optika, gaya ng Littrow at Littman na mga configuration, ay gumagamit ng spectral dispersion na kakayahan ng mga grating upang muling magpasok ng mga purified laser signal sa laser main cavity, na nagpapatupad ng frequency pulling sa main cavity upang makamit ang linewidth compression. Ang nag-iisang panlabas na-cavity na istraktura ay pinalawak sa ibang pagkakataon sa fiber lasers at semiconductor lasers.
Ang teknikal na hamon ng solong external-cavity feedback laser configuration ay nakasalalay sa phase matching sa pagitan ng external cavity at ng pangunahing cavity. Ipinakita ng mga pag-aaral na ang spatial phase ng external-cavity feedback signal ay kritikal para sa pagtukoy ng laser threshold, frequency, at relative output power, at ang mga laser longitudinal mode ay lubhang sensitibo sa intensity at phase ng feedback signal.
Configuration ng DBR Laser
Upang mapahusay ang katatagan ng mga sistema ng laser at isama ang wavelength-selective na mga aparato sa pangunahing istraktura ng lukab, binuo ang pagsasaayos ng DBR. Dinisenyo batay sa F-P resonator, pinapalitan ng DBR resonator ang mga salamin ng istruktura ng F-P na may mga pana-panahong passive na istruktura ng Bragg upang magbigay ng optical feedback. Dahil sa periodic comb filtering effect ng Bragg structure sa laser interference mode, ang DBR main cavity ay likas na nagtataglay ng mga katangian ng pagsala. Kasama ang malaking longitudinal mode spacing na ibinibigay ng short-cavity structure, ang operasyon ng SLM ay madaling makamit. Bagama't orihinal na idinisenyo ang periodic na istraktura ng Bragg para lamang sa pagpili ng wavelength, mula sa pananaw ng cavity-structure, kinakatawan din nito ang isang ebolusyon ng single-cavity na istraktura na may tumaas na bilang ng mga feedback surface.
Inuri ayon sa gain medium, ang DBR lasers ay kinabibilangan ng semiconductor lasers at fiber lasers. Ang mga semiconductor laser ay may natural na kalamangan sa pagkakatugma ng katha sa mga materyales ng semiconductor at mga teknolohiya sa pagpoproseso ng micro-nano. Maraming mga proseso ng pagmamanupaktura ng semiconductor, tulad ng pangalawang epitaxy, chemical vapor deposition, step photolithography, nanoimprinting, electron beam etching, at ion etching, ay maaaring direktang ilapat sa pananaliksik at paggawa ng mga semiconductor laser.
Ang mga DBR fiber laser ay lumitaw nang mas huli kaysa sa DBR semiconductor laser, pangunahin na limitado sa pamamagitan ng pagbuo ng fiber waveguide processing at high-concentration multi-doping na teknolohiya. Sa kasalukuyan, ang karaniwang fiber waveguide fabrication technique ay kinabibilangan ng oxygen-defect phase masking at femtosecond laser processing, habang ang high-concentration fiber doping na teknolohiya ay sumasaklaw sa modified chemical vapor deposition (MCVD) at surface plasma chemical vapor deposition (SCVD).
Ang isa pang istraktura ng resonator batay sa Bragg gratings ay ang configuration ng DFB. Isinasama ng DFB laser main cavity ang Bragg structure sa aktibong rehiyon at nagpapakilala ng phase-shift region sa gitna ng structure para sa pagpili ng wavelength. Gaya ng ipinapakita sa Fig. 3(b), nagtatampok ang configuration na ito ng mas mataas na antas ng integration at structural unity, at pinapagaan ang mga isyu tulad ng matinding wavelength drift at mode hopping sa mga istruktura ng DBR, na ginagawa itong pinaka-stable at praktikal na laser configuration sa kasalukuyang yugto.
Ang teknikal na hamon ng DFB lasers ay nakasalalay sa paggawa ng mga istruktura ng rehas na bakal. Mayroong dalawang pangunahing pamamaraan para sa paggawa ng rehas na bakal sa DBR semiconductor laser: pangalawang epitaxy at pang-ukit sa ibabaw. Gumagamit ang regrown grating feedback (RGF)-DFB semiconductor lasers ng pangalawang epitaxy at photolithography upang palaguin ang isang set ng mababang-refractive-index grating sa aktibong rehiyon. Ang pamamaraang ito ay nagpapanatili ng aktibong istraktura ng layer na may mababang pagkawala, na nagpapadali sa paggawa ng mga high-Q resonator. Surface grating (SG)-DFB semiconductor lasers ay direktang nagsasangkot ng pag-ukit ng grating layer sa ibabaw ng aktibong rehiyon. Ang diskarte na ito ay mas kumplikado, na nangangailangan ng tumpak na pagsasaayos ayon sa aktibong materyal ng rehiyon at mga doping ions, at nagpapakita ng mas mataas na pagkawala, ngunit nag-aalok ng mas malakas na optical confinement at mas mataas na mode suppression capability.
Katulad ng DBR fiber lasers, ang DFB fiber lasers ay umaasa sa mga pagsulong sa fiber waveguide processing at high-concentration doped fiber na teknolohiya. Kung ikukumpara sa DBR fiber lasers, ang DFB fiber lasers ay nagdudulot ng mas malaking hamon sa grating fabrication dahil sa wavelength absorption na katangian ng rare-earth ions.
Ang mga short-cavity main-cavity laser gaya ng DFB at DBR ay may limitadong intra-cavity photon na oras ng interaksyon, na nagpapahirap sa malalim na linewidth compression. Upang higit pang i-compress ang linewidth at sugpuin ang ingay, ang ganitong mga short-cavity main-cavity configuration ay kadalasang pinagsama sa mga external-cavity na istruktura para sa pag-optimize ng performance. Kasama sa mga karaniwang panlabas na-cavity na istruktura ang mga spatial na panlabas na cavity, fiber external cavity, at waveguide na panlabas na cavity. Bago ang pagbuo ng mga fiber-optic na aparato at mga istraktura ng waveguide, ang mga panlabas na lukab ay higit na binubuo ng mga spatial na optika na sinamahan ng mga discrete optical na bahagi. Kabilang sa mga ito, pangunahing ginagamit ng mga istruktura ng feedback ng spatial external-cavity na nakabatay sa grating ang mga disenyo ng Littrow at Littman, na karaniwang binubuo ng isang laser gain cavity, mga coupling lens, at isang diffraction grating. Ang grating, bilang elemento ng feedback, ay nagbibigay-daan sa pag-tune ng wavelength, pagpili ng mode, at linewidth compression.
Bilang karagdagan, ang spatial na external-cavity na mga istruktura ng feedback ay maaaring magsama ng isang hanay ng mga optical filtering device, tulad ng mga F-P etalon, acousto-optic/electro-optic tunable na mga filter, at interferometer. Ang mga filtering device na ito ay likas na nagtataglay ng mga kakayahan sa pagpili ng mode at maaaring palitan ang mga grating; ilang high-Q F-P etalons kahit na daig pa ang reflective gratings sa spectral narrowing at linewidth compression.
Sa pagsulong ng teknolohiya ng fiber-optic device, ang pagpapalit ng mga spatial optical structure na may lubos na pinagsama-samang, matatag na fiber waveguides o fiber device ay kumakatawan sa isang epektibong diskarte para sa pagpapabuti ng laser system stability. Ang mga panlabas na cavity ng fiber ay karaniwang ginagawa sa pamamagitan ng pag-splice ng mga fiber device upang bumuo ng isang all-fiber na istraktura, na nag-aalok ng mataas na pagsasama, kadalian ng pagpapanatili, at malakas na kaligtasan sa pagkagambala. Ang mga istruktura ng feedback sa panlabas na lukab ng fiber ay maaaring simpleng feedback ng fiber loop, o mga all-fiber resonator, FBG, fiber F-P cavity, at WGM resonator.
Ang mga makitid na linewidth na laser na may pinagsamang waveguide external-cavity feedback structures ay nakakuha ng malawakang atensyon dahil sa kanilang mas maliit na laki ng package at mas matatag na performance. Sa esensya, ang waveguide external-cavity feedback ay sumusunod sa parehong teknikal na prinsipyo gaya ng fiber external-cavity feedback, ngunit ang pagkakaiba-iba ng mga semiconductor na materyales at micro-nano processing technology ay nagbibigay-daan sa mas compact at stable na laser system, na nagpapahusay sa pagiging praktikal ng waveguide external-cavity feedback na makitid na linewidth lasers. Ang mga karaniwang ginagamit na semiconductor laser na materyales ay kinabibilangan ng Si, Si₃N₄, at III-V compound.
Ang optoelectronic oscillation laser configuration ay isang espesyal na feedback laser architecture, kung saan ang feedback signal ay karaniwang isang electrical signal o sabay-sabay na optoelectronic na feedback. Ang pinakamaagang teknolohiya ng feedback ng optoelectronic na inilapat sa mga laser ay ang PDH frequency stabilization technique, na gumagamit ng electrical negatibong feedback para ayusin ang haba ng cavity at i-lock ang laser frequency para mag-reference ng spectra, gaya ng high-Q resonator mode at cold-atom absorption lines. Sa pamamagitan ng pag-tune ng negatibong feedback, maaaring tumugma ang laser resonator sa estado ng pagpapatakbo ng laser sa real time, na binabawasan ang frequency instability sa pagkakasunud-sunod na 10⁻¹⁷. Gayunpaman, ang mga de-koryenteng feedback ay dumaranas ng mga makabuluhang limitasyon, kabilang ang mabagal na bilis ng pagtugon at sobrang kumplikadong mga servo system na kinasasangkutan ng malawak na circuitry. Ang mga salik na ito ay nagreresulta sa mataas na teknikal na kahirapan, mahigpit na katumpakan ng kontrol, at mataas na gastos para sa mga laser system. Higit pa rito, ang malakas na pag-asa ng system sa mga pinagmumulan ng sanggunian ay mahigpit na nililimitahan ang wavelength ng laser sa mga partikular na frequency point, na lalong naghihigpit sa praktikal na paggamit nito.
Copyright @ 2020 Shenzhen Box Optronics Technology Co., Ltd. - China Fiber Optic Modules, Fiber Coupled Lasers Manufacturers, Laser Components Supplier All Rights Reserved.
