Siauros linijos pločio lazeriai

Kai kurioms lazerio programoms reikalingas labai siauras lazerio linijos plotis, ty siauras spektras. Siauros linijos pločio lazeriai reiškia vieno dažnio lazerius, tai yra, lazerio vertėje yra rezonansinės ertmės režimas, o fazinis triukšmas yra labai mažas, todėl spektrinis grynumas yra labai didelis. Paprastai tokie lazeriai turi labai mažo intensyvumo triukšmą.

Svarbiausi siauros linijos pločio lazerių tipai yra šie:

1. Puslaidininkiniai lazeriai, paskirstyto grįžtamojo ryšio lazeriniai diodai (DFB lazeriai) ir paskirstytojo Braggo atspindžio lazeriai (DBR lazeriai) dažniausiai naudojami 1500 arba 1000 nm srityje. Tipiški veikimo parametrai yra dešimčių milivatų išėjimo galia (kartais didesnė nei 100 milivatų) ir kelių MHz linijos plotis.

2. Siauresnis linijos plotis gali būti gaunamas naudojant puslaidininkinius lazerius, pavyzdžiui, pratęsiant rezonatorių vienmodiu pluoštu, kuriame yra siaurajuosčio pluošto Bragg gardelė, arba naudojant išorinės ertmės diodinį lazerį. Naudojant šį metodą, galima pasiekti itin siaurą kelių kHz arba net mažesnį nei 1 kHz linijos plotį.

3. Maži paskirstyto grįžtamojo ryšio skaiduliniai lazeriai (rezonatoriai, pagaminti iš specialių pluoštinių Bragg gardelių) gali generuoti dešimčių milivatų išėjimo galią, kai linijos plotis yra kHz diapazone.

4. Diodu pumpuojami kietojo kūno lazeriai su neplokštuminiais žiediniais rezonatoriais taip pat gali gauti kelių kHz linijos plotį, o išėjimo galia yra gana didelė, maždaug 1 W. Nors įprastas bangos ilgis yra 1064 nm, galimi ir kiti bangos ilgio regionai, pvz., 1300 arba 1500 nm.

Pagrindiniai veiksniai, įtakojantys siaurą lazerių linijos plotį

Norint pasiekti labai siauro spinduliuotės dažnio (linijos pločio) lazerį, projektuojant lazerį reikia atsižvelgti į šiuos veiksnius:

Pirma, reikia pasiekti vieno dažnio veikimą. Tai lengvai pasiekiama naudojant stiprinimo terpę su mažu stiprinimo pralaidumu ir trumpa lazerio ertme (dėl to gaunamas didelis laisvas spektro diapazonas). Tikslas turėtų būti ilgalaikis stabilus vieno dažnio veikimas be režimo keitimo.

Antra, reikia kuo labiau sumažinti išorinio triukšmo įtaką. Tam reikalinga stabili rezonatoriaus sąranka (vienspalvė) arba speciali apsauga nuo mechaninių vibracijų. Elektra pumpuojami lazeriai turi naudoti mažo triukšmo srovės arba įtampos šaltinius, o optiškai pumpuojamiems lazeriams kaip siurblio šviesos šaltinis turi būti žemo intensyvumo triukšmas. Be to, reikia vengti visų grįžtamojo ryšio šviesos bangų, pavyzdžiui, naudojant Faradėjaus izoliatorius. Teoriškai išorinis triukšmas turi mažesnę įtaką nei vidinis triukšmas, pvz., savaiminis spinduliavimas stiprinimo terpėje. Tai lengva pasiekti, kai triukšmo dažnis yra didelis, tačiau kai triukšmo dažnis žemas, poveikis linijos plotiui yra svarbiausias.

Trečia, lazerio dizainą reikia optimizuoti, kad būtų sumažintas lazerio triukšmas, ypač fazinis triukšmas. Pirmenybė teikiama didelei ertmės galiai ir ilgiems rezonatoriams, nors stabilų vieno dažnio veikimą šiuo atveju pasiekti sunkiau.

Norint optimizuoti sistemą, reikia suprasti skirtingų triukšmo šaltinių svarbą, nes, priklausomai nuo dominuojančio triukšmo šaltinio, reikalingi skirtingi matavimai. Pavyzdžiui, pagal Schawlow-Townes lygtį sumažintas linijos plotis nebūtinai sumažina tikrąjį linijos plotį, jei tikrasis linijos plotis yra nustatomas dėl mechaninio triukšmo.

Triukšmo charakteristikos ir veikimo specifikacijos.

Siauros linijos pločio lazerių triukšmo charakteristikos ir veikimo metrikos yra nereikšmingos problemos. Skirtingi matavimo metodai aptariami įraše Linijos plotis, ypač reikalaujama kelių kHz ar mažesnių linijų pločių. Be to, tik atsižvelgiant į linijos pločio vertę, negalima pateikti visų triukšmo charakteristikų; būtina pateikti visą fazinio triukšmo spektrą, taip pat santykinio intensyvumo triukšmo informaciją. Linijos pločio vertė turi būti derinama su bent matavimo trukme arba kita informacija, kurioje atsižvelgiama į ilgalaikį dažnio poslinkį.

Žinoma, skirtingoms programoms keliami skirtingi reikalavimai ir į kokį triukšmo rodiklio lygį reikia atsižvelgti įvairiose faktinėse situacijose.

Siauros linijos pločio lazerių taikymas

1. Labai svarbus pritaikymas yra jutiklių srityje, pavyzdžiui, slėgio ar temperatūros šviesolaidiniai jutikliai, įvairūs interferometriniai jutikliai, naudojant skirtingos absorbcijos LIDAR dujoms aptikti ir sekti, o Doplerio LIDAR naudojimas vėjo greičiui matuoti. Kai kuriems šviesolaidiniams jutikliams reikalingas kelių kHz lazerio linijos plotis, o atliekant LIDAT matavimus, pakanka 100 kHz linijos pločio.

2. Matuojant optinius dažnius, reikia labai siauro šaltinio linijos pločio, kuriam pasiekti reikia stabilizavimo metodų.

3. Optinio pluošto ryšio sistemoms keliami gana laisvi linijos pločio reikalavimai ir jos daugiausia naudojamos siųstuvams arba aptikimui ar matavimui.