У развоју ласера уске ширине до данашњих дана, еволуција механизама ласерске повратне спреге је била синоним за еволуцију ласерских резонаторских структура. У наставку су представљене различите конфигурације ласерских технологија уске ширине линије по редоследу еволуције ласерских резонатора.
Ласери са једним главним шупљином могу се структурно поделити на линеарне шупљине и прстенасте шупљине, а по дужини шупљине на структуре са кратким и дугим шупљинама. Ласери са кратком шупљином имају велики уздужни размак између модова, што је повољније за постизање рада у једном уздужном режиму (СЛМ), али пате од широке унутрашње ширине шупљине и потешкоћа у потискивању буке. Структуре са дугим шупљинама инхерентно показују карактеристике уске ширине линије и омогућавају интеграцију различитих оптичких уређаја са флексибилним конфигурацијама; међутим, њихов технички изазов лежи у постизању рада СЛМ због претерано малог уздужног размака модова.
Као класична конфигурација ласерских главних шупљина, линеарна шупљина се може похвалити предностима као што су једноставна структура, висока ефикасност и лака манипулација. Историјски гледано, први прави ласерски зрак је генерисан коришћењем Ф-П линеарне структуре шупљине. Уз каснији напредак у науци и технологији, Ф-П структура је широко прихваћена у полупроводничким ласерима, ласерима са влакнима и ласерима у чврстом стању.
Прстенаста шупљина је модификација класичне линеарне шупљине, која превазилази недостатак линеарних шупљина које сагоревају просторне рупе заменом поља стојећег таласа путујућим таласима како би се постигло циклично појачање оптичких сигнала. Вођени развојем оптичких уређаја, ласери са влакнима са флексибилном структуром од свих влакана привукли су велику пажњу и постали најбрже растућа категорија ласера у последње две деценије.
Ласери са непланарним прстенастим осцилатором (НПРО) представљају посебну конфигурацију ласера са путујућим таласима. Типично, главна шупљина таквих ласера се састоји од монолитног кристала, који регулише стање поларизације ласера путем рефлексије са крајње површине кристала и спољашњег магнетног поља како би се реализовао једносмерни рад ласера. Овај дизајн у великој мери смањује топлотно оптерећење ласерског резонатора, пружа изузетну стабилност таласне дужине и снаге и карактерише уске карактеристике ширине линије.
Ограничени факторима као што су претерано кратка дужина шупљине и велики унутрашњи губици, Ф-П линеарне ласерске конфигурације са једном шупљином засноване на повратним информацијама унутар шупљине пате од ограниченог времена интеракције фотона и потешкоћа у елиминисању спонтане емисије из медијума за појачавање. Да би се позабавили овим проблемом, истраживачи су предложили конфигурацију повратне спреге са једном спољашњом шупљином. Спољна шупљина функционише тако да продужава време интеракције фотона и враћа филтриране фотоне назад у главну шупљину, чиме се оптимизује перформансе ласера и компримује ширина линије. Ране једноставне структуре спољашње шупљине засноване на просторној оптици, као што су конфигурације Литтров и Литтман, користе способност спектралне дисперзије решетки за поновно убризгавање пречишћених ласерских сигнала у главну шупљину ласера, вршећи повлачење фреквенције на главну шупљину како би се постигла компресија ширине линије. Ова структура са једном спољашњом шупљином је касније проширена на ласере са влакнима и полупроводничке ласере.
Технички изазов конфигурација ласера са повратном спрегом са једном спољашњом шупљином лежи у усклађивању фаза између спољашње шупљине и главне шупљине. Студије су показале да је просторна фаза повратног сигнала спољашње шупљине критична за одређивање ласерског прага, фреквенције и релативне излазне снаге, а уздужни модови ласера су веома осетљиви на интензитет и фазу повратног сигнала.
ДБР Ласер Цонфигуратион
Да би се побољшала стабилност ласерских система и интегрисали уређаји селективни на таласну дужину у главну структуру шупљине, развијена је ДБР конфигурација. Дизајниран на основу Ф-П резонатора, ДБР резонатор замењује огледала Ф-П структуре са периодичним пасивним Брагговим структурама да би обезбедио оптичку повратну спрегу. Захваљујући периодичном ефекту чешљастог филтрирања Браггове структуре на модове ласерске интерференције, главна шупљина ДБР инхерентно поседује карактеристике филтрирања. У комбинацији са великим уздужним размаком модова који пружа структура са кратким шупљинама, СЛМ рад се лако постиже. Иако је периодична Брагова структура првобитно дизајнирана искључиво за селекцију таласне дужине, из перспективе структуре шупљине, она такође представља еволуцију структуре са једном шупљином са повећаним бројем повратних површина.
Класификовани према медијуму појачања, ДБР ласери укључују полупроводничке ласере и ласере са влакнима. Полупроводнички ласери имају природну предност у компатибилности производње са полупроводничким материјалима и микро-нано технологијама обраде. Многи производни процеси полупроводника, као што су секундарна епитаксија, хемијско таложење паре, постепена фотолитографија, наноотисак, нагризање електронским снопом и јонско нагризање, могу се директно применити на истраживање и производњу полупроводничких ласера.
Ласери са ДБР влакнима појавили су се касније од ДБР полупроводничких ласера, углавном ограничени развојем обраде влакнастих таласовода и технологијама високе концентрације мулти-допинга. Тренутно, уобичајене технике производње таласовода за влакна укључују фазно маскирање дефекта кисеоником и фемтосекундну ласерску обраду, док технологије допинга влакана високе концентрације обухватају модификовано хемијско таложење паре (МЦВД) и површинско хемијско таложење пара плазма (СЦВД).
Друга структура резонатора заснована на Бреговим решеткама је ДФБ конфигурација. Главна шупљина ДФБ ласера интегрише Брагову структуру са активним регионом и уводи регион померања фазе у центру структуре за избор таласне дужине. Као што је приказано на слици 3(б), ова конфигурација карактерише виши степен интеграције и структурног јединства, и ублажава проблеме као што су озбиљно померање таласне дужине и скакање мода у ДБР структурама, чинећи је најстабилнијом и најпрактичнијом ласерском конфигурацијом у садашњој фази.
Технички изазов ДФБ ласера лежи у изради решеткастих структура. Постоје две примарне методе за израду решетки у ДБР полупроводничким ласерима: секундарна епитаксија и површинско јеткање. Полупроводнички ласери са повратном повратном спрегом са поновном решетком (РГФ)-ДФБ користе секундарну епитаксију и фотолитографију да би развили сет решетки са ниским индексом преламања у активном региону. Овај метод чува структуру активног слоја са малим губицима, олакшавајући производњу висококвалитетних резонатора. Полупроводнички ласери са површинском решетком (СГ)-ДФБ укључују директно нагризање слоја решетке на површини активног региона. Овај приступ је сложенији, захтева прецизно прилагођавање према материјалу активног региона и допинг јонима, и показује веће губитке, али нуди јаче оптичко ограничење и већу способност супресије мода.
Слично ДБР ласерима са влакнима, ДФБ ласери са влакнима се ослањају на напредак у обради влакана у таласоводу и технологијама влакана са допуном високе концентрације. У поређењу са ДБР ласерима са влакнима, ДФБ ласери са влакнима представљају веће изазове у производњи решетки због карактеристика апсорпције таласне дужине јона ретких земаља.
Ласери са главном шупљином са кратком шупљином као што су ДФБ и ДБР имају ограничено време интеракције фотона унутар шупљине, што отежава компресију дубоке ширине линије. Да би даље компресовали ширину линије и потиснули шум, такве конфигурације главне шупљине са кратком шупљином се често комбинују са структурама спољашње шупљине ради оптимизације перформанси. Уобичајене структуре спољашње шупљине укључују просторне спољашње шупљине, спољашње шупљине влакана и спољашње шупљине таласовода. Пре развоја оптичких уређаја и таласоводних структура, спољашње шупљине су биле претежно састављене од просторне оптике комбиноване са дискретним оптичким компонентама. Међу њима, структуре повратне спреге за просторну спољашњу шупљину засноване на решеткама углавном усвајају Литтров и Литман дизајн, који се обично састоје од шупљине ласерског појачања, спојних сочива и дифракционе решетке. Решетка, као елемент повратне спреге, омогућава подешавање таласне дужине, избор режима и компресију ширине линије.
Поред тога, структуре повратне спреге са спољашњом шупљином могу да садрже низ оптичких филтерских уређаја, као што су Ф-П еталони, акусто-оптички/електро-оптички подесиви филтери и интерферометри. Ови уређаји за филтрирање инхерентно поседују могућности избора режима и могу заменити решетке; одређени Ф-П еталони високог К чак надмашују рефлективне решетке у спектралном сужењу и компресији ширине линије.
Са напретком технологије оптичких уређаја, замена просторних оптичких структура са високо интегрисаним, робусним оптичким таласоводима или оптичким уређајима представља ефикасну стратегију за побољшање стабилности ласерског система. Спољне шупљине од влакана се обично конструишу спајањем уређаја са влакнима како би се формирала структура од свих влакана, која нуди високу интеграцију, лакоћу одржавања и јаку отпорност на сметње. Структуре повратне спреге са спољашњом шупљином влакана могу бити једноставне повратне спреге влакнасте петље или резонатори од свих влакана, ФБГ, Ф-П шупљине влакана и ВГМ резонатори.
Ласери уске ширине линије са интегрисаним таласоводним структурама повратне спреге са спољашњом шупљином привукли су широку пажњу због своје мање величине паковања и стабилнијих перформанси. У суштини, повратна спрега са спољашњом шупљином таласовода прати исте техничке принципе као повратна спрега за спољашњу шупљину влакна, али разноврсност полупроводничких материјала и технологија микро-нано обраде омогућавају компактније и стабилније ласерске системе, повећавајући практичност таласоводних ласера са повратном спрегом са спољашњом шупљином уске ширине линије. Обично коришћени полупроводнички ласерски материјали укључују једињења Си, Си₃Н₄ и ИИИ-В.
Конфигурација оптоелектронског осцилационог ласера је посебна архитектура ласера са повратном спрегом, где је повратни сигнал обично електрични сигнал или истовремена оптоелектронска повратна спрега. Најранија технологија оптоелектронске повратне спреге примењена на ласере била је техника стабилизације фреквенције ПДХ, која користи електричну негативну повратну спрегу за подешавање дужине шупљине и закључавање ласерске фреквенције за референтне спектре, као што су режими резонатора високог К и апсорпционе линије хладних атома. Кроз подешавање негативне повратне спреге, ласерски резонатор може да усклади радно стање ласера у реалном времену, смањујући нестабилност фреквенције на ред од 10⁻¹⁷. Међутим, електрична повратна спрега пати од значајних ограничења, укључујући спору брзину одзива и превише сложене серво системе који укључују опсежна кола. Ови фактори резултирају високим техничким потешкоћама, строгом прецизношћу контроле и високим трошковима ласерских система. Штавише, снажна зависност система од референтних извора стриктно ограничава таласну дужину ласера на одређене фреквенцијске тачке, додатно ограничавајући његову практичну применљивост.
Ауторско право @ 2020 Схензхен Бок Оптроницс Тецхнологи Цо., Лтд. - Кинески оптички модули, произвођачи ласера са спојеним влакнима, добављачи ласерских компоненти Сва права задржана.
