Technologie laser à largeur de raie étroite, deuxième partie
En 1960, le premier laser à rubis au monde était un laser à solide, caractérisé par une énergie de sortie élevée et une couverture de longueurs d'onde plus large. La structure spatiale unique du laser à semi-conducteurs le rend plus flexible dans la conception de sorties à largeur de ligne étroite. À l'heure actuelle, les principales méthodes mises en œuvre comprennent la méthode à cavité courte, la méthode à cavité annulaire unidirectionnelle, la méthode standard intracavité, la méthode à cavité en mode pendulaire de torsion, la méthode à réseau de Bragg en volume et la méthode d'injection de graines.
La figure 7 montre la structure de plusieurs lasers à solide à mode longitudinal unique typiques.
La figure 7 (a) montre le principe de fonctionnement de la sélection d'un mode longitudinal unique basée sur la norme FP dans la cavité, c'est-à-dire que le spectre de transmission à largeur de raie étroite de la norme est utilisé pour augmenter la perte d'autres modes longitudinaux, de sorte que d'autres modes longitudinaux sont filtrés dans le processus de compétition de modes en raison de leur faible facteur de transmission, de manière à obtenir un fonctionnement en mode longitudinal unique. De plus, une certaine plage de sortie de réglage de longueur d'onde peut être obtenue en contrôlant l'angle et la température de l'étalon FP et en modifiant l'intervalle de mode longitudinal. FIGUE. Les figures 7 (b) et (c) montrent l'oscillateur en anneau non plan (NPRO) et la méthode de cavité à mode pendulaire de torsion utilisée pour obtenir une sortie en mode longitudinal unique. Le principe de fonctionnement est de faire en sorte que le faisceau se propage dans une seule direction dans le résonateur, d'éliminer efficacement la répartition spatiale inégale du nombre de particules inversées dans la cavité à ondes stationnaires ordinaire et d'éviter ainsi l'influence de l'effet de combustion des trous spatiaux pour obtenir un sortie en mode longitudinal unique. Le principe de sélection du mode du réseau de Bragg en vrac (VBG) est similaire à celui des lasers à semi-conducteurs et à fibre à largeur de ligne étroite mentionnés précédemment, c'est-à-dire qu'en utilisant le VBG comme élément filtrant, sur la base de sa bonne sélectivité spectrale et de sa sélectivité d'angle, l'oscillateur oscille à une longueur d'onde ou une bande spécifique pour remplir le rôle de sélection de mode longitudinal, comme le montre la figure 7 (d).
Dans le même temps, plusieurs méthodes de sélection de mode longitudinal peuvent être combinées en fonction des besoins pour améliorer la précision de sélection de mode longitudinal, réduire davantage la largeur de raie ou augmenter l'intensité de la compétition de mode en introduisant une transformation de fréquence non linéaire et d'autres moyens, et étendre la longueur d'onde de sortie de le laser tout en fonctionnant dans une largeur de ligne étroite, ce qui est difficile à faire pourlaser à semi-conducteuretlasers à fibre.
(4) Laser Brillouin
Le laser Brillouin est basé sur l'effet de diffusion Brillouin stimulée (SBS) pour obtenir une technologie de sortie à faible bruit et à largeur de raie étroite. Son principe repose sur l'interaction du photon et du champ acoustique interne pour produire un certain décalage de fréquence des photons Stokes, et est amplifié en continu dans le gagner de la bande passante.
La figure 8 montre le diagramme de niveaux de conversion SBS et la structure de base du laser Brillouin.
En raison de la faible fréquence de vibration du champ acoustique, le décalage de fréquence Brillouin du matériau n'est généralement que de 0,1 à 2 cm-1, donc avec un laser de 1 064 nm comme lumière de pompage, la longueur d'onde de Stokes générée n'est souvent qu'environ 1 064,01 nm, mais cela signifie également que son efficacité de conversion quantique est extrêmement élevée (jusqu'à 99,99 % en théorie). De plus, étant donné que la largeur de raie de gain Brillouin du milieu n'est généralement que de l'ordre de MHZ-ghz (la largeur de raie de gain Brillouin de certains milieux solides n'est qu'environ 10 MHz), elle est bien inférieure à la largeur de raie de gain de la substance active du laser. de l'ordre de 100 GHz, ainsi, le Stokes excité dans le laser Brillouin peut montrer un phénomène évident de rétrécissement du spectre après une amplification multiple dans la cavité, et sa largeur de ligne de sortie est plusieurs ordres de grandeur plus étroite que la largeur de ligne de pompe. À l'heure actuelle, le laser Brillouin est devenu un point chaud de la recherche dans le domaine de la photonique, et de nombreux rapports ont été publiés sur l'ordre Hz et sub-Hz de sortie à largeur de raie extrêmement étroite.
Ces dernières années, des dispositifs Brillouin à structure de guide d'onde ont vu le jour dans le domaine dephotonique micro-ondes, et évoluent rapidement dans le sens de la miniaturisation, de la haute intégration et de la résolution supérieure. En outre, le laser Brillouin spatial basé sur de nouveaux matériaux cristallins tels que le diamant est également entré dans la vision des gens au cours des deux dernières années, sa percée innovante dans la puissance de la structure du guide d'onde et le goulot d'étranglement en cascade SBS, la puissance du laser Brillouin à une magnitude de 10 W, jetant ainsi les bases d'une extension de son application.
Jonction générale
Avec l'exploration continue des connaissances de pointe, les lasers à largeur de raie étroite sont devenus un outil indispensable dans la recherche scientifique grâce à leurs excellentes performances, comme l'interféromètre laser LIGO pour la détection des ondes gravitationnelles, qui utilise une largeur de raie étroite à fréquence unique.laseravec une longueur d'onde de 1 064 nm comme source de germe, et la largeur de raie de la lumière de germe est inférieure à 5 kHz. De plus, les lasers à largeur étroite avec longueur d'onde accordable et sans saut de mode présentent également un grand potentiel d'application, notamment dans les communications cohérentes, qui peuvent parfaitement répondre aux besoins de multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM) ou de multiplexage par répartition en fréquence (FDM) pour la longueur d'onde (ou la fréquence). ) accordabilité et devrait devenir le dispositif central de la prochaine génération de technologie de communication mobile.
À l'avenir, l'innovation des matériaux laser et de la technologie de traitement favorisera davantage la compression de la largeur des lignes laser, l'amélioration de la stabilité de fréquence, l'expansion de la gamme de longueurs d'onde et l'amélioration de la puissance, ouvrant ainsi la voie à l'exploration humaine du monde inconnu.
Heure de publication : 29 novembre 2023