Aujourd'hui, nous présenterons un laser «monochromatique» au laser extrême - Linewidth étroit. Son émergence comble les lacunes dans de nombreux champs d'application du laser et, ces dernières années, a été largement utilisé dans la détection des ondes gravitationnelles, le lidar, la détection distribuée, la communication optique cohérente à grande vitesse et d'autres champs, qui est une «mission» qui ne peut être complétée qu'en améliorant le pouvoir laser.
Qu'est-ce qu'un laser à largeur de ligne étroit?
Le terme «largeur de ligne» fait référence à la largeur de ligne spectrale du laser dans le domaine fréquentiel, qui est généralement quantifié en termes de largeur complète du spectre (FWHM). La largeur de ligne est principalement affectée par le rayonnement spontané des atomes ou des ions excités, le bruit de phase, les vibrations mécaniques du résonateur, la gigue de température et d'autres facteurs externes. Plus la valeur de la largeur de la ligne est petite, plus la pureté du spectre est élevée, c'est-à-dire, meilleure est la monochromaticité du laser. Les lasers avec de telles caractéristiques ont généralement très peu de bruit de phase ou de fréquence et très peu de bruit d'intensité relative. Dans le même temps, plus la valeur de largeur linéaire du laser est petite, plus la cohérence correspondante est forte, qui se manifeste comme une longueur de cohérence extrêmement longue.
Réalisation et application du laser à largeur de ligne étroite
Limité par la largeur de gain inhérente de la substance de travail du laser, il est presque impossible de réaliser directement la sortie du laser linéaire étroit en s'appuyant sur l'oscillateur traditionnel lui-même. Afin de réaliser le fonctionnement du laser à largeur de ligne étroit, il est généralement nécessaire d'utiliser des filtres, du réseau et d'autres dispositifs pour limiter ou sélectionner le module longitudinal dans le spectre de gain, augmenter la différence de gain net entre les modes longitudinaux, de sorte qu'il y a un ou même une seule seule oscillation en mode longitudinal dans le résonateur laser. Dans ce processus, il est souvent nécessaire de contrôler l'influence du bruit sur la sortie laser et de minimiser l'élargissement des lignes spectrales causées par les changements de vibration et de température de l'environnement externe; Dans le même temps, il peut également être combiné avec l'analyse de la densité spectrale du bruit de phase ou de fréquence pour comprendre la source de bruit et optimiser la conception du laser, afin d'atteindre une sortie stable du laser à largeur de ligne étroit.
Jetons un coup d'œil à la réalisation d'un fonctionnement étroit de la largeur de ligne de plusieurs catégories différentes de lasers.
Les lasers semi-conducteurs présentent les avantages de la taille compacte, de l'efficacité élevée, de la longue durée de vie et des avantages économiques.
Le résonateur optique Fabry-Perot (FP) utilisé dans le traditionnellasers semi-conducteursOscille généralement en mode multi-longitudinal, et la largeur de la ligne de sortie est relativement large, il est donc nécessaire d'augmenter la rétroaction optique pour obtenir la sortie de la largeur de la ligne étroite.
La rétroaction distribuée (DFB) et la réflexion de Bragg distribuée (DBR) sont deux lasers semi-conducteurs de rétroaction optique interne typiques. En raison de la petite hauteur de réseau et de la bonne sélectivité de longueur d'onde, il est facile d'atteindre une sortie stable à largeur étroite. La principale différence entre les deux structures est la position du réseau: la structure DFB distribue généralement la structure périodique du réseau de Bragg dans tout le résonateur, et le résonateur du DBR est généralement composé de la structure de réseau de réflexion et de la région de gain intégrée dans la surface finale. De plus, les lasers DFB utilisent des réseaux intégrés avec un faible contraste d'indice de réfraction et une faible réflectivité. Les lasers DBR utilisent des réseaux de surface avec un contraste élevé d'un indice de réfraction et une réflectivité élevée. Les deux structures ont une grande plage spectrale gratuite et peuvent effectuer un réglage de la longueur d'onde sans sauter dans la plage de quelques nanomètres, où le laser DBR a une plage de réglage plus large que leLaser DFB. De plus, la technologie de rétroaction optique de la cavité externe, qui utilise des éléments optiques externes pour faire des commentaires la lumière sortante de la puce laser semi-conductrice et sélectionner la fréquence, peut également réaliser le fonctionnement étroit de la largeur de ligne du laser semi-conducteur.
(2) lasers en fibre
Les lasers en fibre ont une efficacité de conversion de pompe élevée, une bonne qualité de faisceau et une efficacité de couplage élevée, qui sont les sujets de recherche chauds dans le domaine du laser. Dans le contexte de l'ère de l'information, les lasers en fibre ont une bonne compatibilité avec les systèmes de communication optique en fibre optique sur le marché. Le laser à fibre à fréquence unique avec les avantages de la largeur de ligne étroite, du faible bruit et de la bonne cohérence est devenu l'une des directions importantes de son développement.
Le fonctionnement en mode longitudinal unique est le noyau du laser en fibre pour obtenir une sortie étroite de largeur de ligne, généralement selon la structure du résonateur du laser à fibre à fréquence unique peut être divisé en type DFB, type DBR et type de cycle. Parmi eux, le principe de travail des lasers à fibres unifréquences DFB et DBR est similaire à celui des lasers semi-conducteurs DFB et DBR.
Comme le montre la figure 1, le laser à fibre DFB consiste à écrire un réseau de bragg distribué dans la fibre. Étant donné que la longueur d'onde de travail de l'oscillateur est affectée par la période de fibre, le mode longitudinal peut être sélectionné par la rétroaction distribuée du réseau. Le résonateur laser du laser DBR est généralement formé par une paire de réseaux de Bragg en fibre, et le mode longitudinal unique est principalement sélectionné par une bande étroite et des réseaux de fibre de fibre à faible réflectivité. Cependant, en raison de son long résonateur, de sa structure complexe et de son manque de mécanisme de discrimination de fréquence efficace, la cavité en forme d'anneau est sujette au saut de mode, et il est difficile de travailler de manière stable en mode longitudinal constant pendant longtemps.
Figure 1, deux structures linéaires typiques de fréquence uniquelasers en fibre
Heure du poste: novembre-27-2023