Ласери уске ширине линије

Неке ласерске апликације захтевају да ласер има веома уску ширину линије, односно узак спектар. Ласери уске ширине линије односе се на једнофреквентне ласере, односно постоји резонантни режим шупљине у ласерској вредности, а фазни шум је веома низак, тако да је спектрална чистоћа веома висока. Типично, такви ласери имају веома мали интензитет буке.

Најважнији типови ласера ​​са уским линијама су следећи:

1. Полупроводнички ласери, ласерске диоде са дистрибуираном повратном спрегом (ДФБ ласери) и дистрибуирани Брегови рефлексиони ласери (ДБР ласери), најчешће се користе у области од 1500 или 1000 нм. Типични радни параметри су излазна снага од десетина миливата (понекад већа од 100 миливата) и ширина линије од неколико МХз.

2. Уже ширине линија се могу добити са полупроводничким ласерима, на пример продужавањем резонатора са једномодним влакном које садржи ускопојасну влакнасту Брегову решетку, или коришћењем диодног ласера ​​са екстерном шупљином. Користећи овај метод, може се постићи ултра уска ширина линије од неколико кХз или чак мање од 1 кХз.

3. Мали оптички ласери са дистрибуираном повратном спрегом (резонатори направљени од специјалних влакнастих Брегових решетки) могу да генеришу излазне снаге од десетина миливата са ширинама линија у опсегу кХз.

4. Ласери чврстог тела са диодном пумпом са непланарним прстенастим резонаторима такође могу да добију ширину линије од неколико кХз, док је излазна снага релативно велика, реда величине 1В. Иако је типична таласна дужина 1064 нм, могући су и други региони таласних дужина као што су 1300 или 1500 нм.

Главни фактори који утичу на уску ширину ласера

Да би се постигао ласер са веома уским опсегом зрачења (ширина линије), у дизајну ласера ​​треба узети у обзир следеће факторе:

Прво, потребно је постићи рад на једној фреквенцији. Ово се лако постиже коришћењем медијума за појачавање са малим опсегом појачања и кратком ласерском шупљином (што резултира великим слободним спектралним опсегом). Циљ би требало да буде дугорочан стабилан рад на једној фреквенцији без скакања режима.

Друго, утицај спољашње буке треба минимизирати. Ово захтева стабилно подешавање резонатора (једнобојно) или посебну заштиту од механичких вибрација. Ласери са електричним пумпањем морају да користе нискошумне изворе струје или напона, док ласери са оптичком пумпом морају да имају буку ниског интензитета као извор светлости пумпе. Поред тога, треба избегавати све повратне светлосне таласе, на пример коришћењем Фарадејевих изолатора. У теорији, спољашњи шум има мањи утицај од унутрашњег шума, као што је спонтана емисија у медијуму појачања. Ово је лако постићи када је фреквенција шума висока, али када је фреквенција шума ниска, утицај на ширину линије је најважнији.

Треће, ласерски дизајн треба да буде оптимизован да би се смањио ласерски шум, посебно фазни шум. Висока снага унутар шупљине и дуги резонатори су пожељни, иако је у овом случају теже постићи стабилан рад на једној фреквенцији.

Оптимизација система захтева разумевање значаја различитих извора буке, пошто су потребна различита мерења у зависности од доминантног извора буке. На пример, ширина линије минимизирана према Сцхавлов-Товнес једначини не мора нужно да минимизира стварну ширину линије ако је стварна ширина линије одређена механичким шумом.

Карактеристике буке и спецификације перформанси.

И карактеристике шума и метрика перформанси ласера ​​са уским линијама су тривијална питања. Различите технике мерења се разматрају у уносу Линевидтх, посебно су захтевне ширине линије од неколико кХз или мање. Поред тога, само с обзиром на вредност ширине линије не може дати све карактеристике буке; потребно је дати комплетан спектар фазног шума, као и информације о релативном интензитету шума. Вредност ширине линије треба да се комбинује са најмање временом мерења, или са другим информацијама које узимају у обзир дуготрајно одступање фреквенције.

Наравно, различите апликације имају различите захтеве и који ниво индекса перформанси буке треба узети у обзир у различитим стварним ситуацијама.

Примене ласера ​​са уским ширинама

1. Веома важна примена је у области сенсинга, као што су оптички сензори притиска или температуре, различита интерферометарска сензација, коришћење различитих апсорпционих ЛИДАР-а за детекцију и праћење гаса и коришћење Доплеровог ЛИДАРА за мерење брзине ветра. Неки оптички сензори захтевају ласерску ширину од неколико кХз, док је у ЛИДАТ мерењима довољна ширина линије од 100 кХз.

2. Оптичка мерења фреквенције захтевају веома уске ширине извора, које захтевају технике стабилизације да би се постигле.

3. Комуникациони системи са оптичким влакнима имају релативно лабаве захтеве у погледу ширине линије и углавном се користе за предајнике или за детекцију или мерење.