Coneixeu la tecnologia làser d'amplada de línia estreta?

Què penses quan penses en làser? A  espasa làser empunyada pel general Grievous a Star Wars? O un d'aquests canals làser mortals de Resident Evil? O els ulls làser de Scott dels X-Men que podien cremar-ho tot? Aquests "làsers", com se'ls coneix, apareixen sovint en algunes obres de ciència-ficció en forma d'alta potència i alta energia, mostrant una gran potència (vegeu la figura 1).

A la vida real, els làsers també s'han colat en moltes indústries, des d'àmbits mèdics com la cosmetologia làser i el tractament de la miopia fins a camps de fabricació industrial com ara el marcatge làser, el tall i la soldadura, així com camps científics d'avantguarda com la detecció de radar, la microscòpia. la imatge i la comunicació quàntica que han sorgit en els darrers anys. En l'actualitat, la tecnologia làser ha fet contribucions destacades per promoure el desenvolupament de la seguretat de la defensa nacional, la biomèdica, la fabricació intel·ligent i la informació.

Tanmateix, els làsers que necessitem tots necessiten tenir una gran potència i una gran "letalitat" com es mostra a la pel·lícula?

En primer lloc, hem de mirar les característiques bàsiques del làser diferents de la font de llum tradicional, tal com es mostra a la figura 2, que hem esmentat anteriorment en els treballs de cinema i televisió, el làser té característiques potents, normalment proporcionals a la brillantor (potència). ) del làser, però també reflecteix el làser té unes bones característiques direccionals.

A més, la monocromaticitat i la coherència també són el focus d'atenció. La llum emesa per la font de llum ordinària sol ser diferent en freqüència, de manera que conté una varietat de colors, i els diversos fotons emesos pel làser tenen la mateixa freqüència, per la qual cosa és una font de llum monocromàtica molt excel·lent. No només això, com que els fotons de radiació excitada del làser són consistents en fase, hi ha una relació de fase fixa entre els punts de la secció transversal del feix làser sota l'acció del ressonador, de manera que en comparació amb la font de llum ordinària, la coherència del làser també és excel·lent. Combinat amb les excel·lents característiques de monocromaticitat i coherència del làser, encara que no hi hagi un "halo" d'alta potència de quilowatts i 10,000 watts, els làsers encara es poden utilitzar àmpliament en tecnologia espectral, mesura òptica i altres camps.

Característiques del làser diferents de les fonts de llum tradicionals

Avui introduirem un làser "monocromàtic" a l'extrem: làser d'amplada de línia estreta. La seva aparició omple els buits en molts camps d'aplicació del làser, i en els darrers anys s'ha utilitzat àmpliament en la detecció d'ones gravitacionals, liDAR, detecció distribuïda, comunicació òptica coherent d'alta velocitat i altres camps, que és una "missió" que no pot. només es pot completar millorant la potència del làser.

Realització i aplicació de làser d'ample de línia estret

Limitat per l'amplada de línia de guany inherent de la substància de treball del làser, és gairebé impossible realitzar directament la sortida del làser d'amplada de línia estreta confiant en el propi oscil·lador tradicional. Per tal de realitzar el funcionament del làser d'amplada de línia estreta, normalment és necessari utilitzar filtres, reixes i altres dispositius per limitar o seleccionar el mòdul longitudinal de l'espectre de guany i augmentar la diferència de guany net entre els modes longitudinals, de manera que hi hagi unes poques o fins i tot només una oscil·lació de mode longitudinal al ressonador làser. En aquest procés, sovint és necessari controlar la influència del soroll en la sortida del làser i minimitzar l'ampliació de les línies espectrals causades per la vibració i els canvis de temperatura de l'entorn extern; Al mateix temps, també es pot combinar amb l'anàlisi de la densitat espectral del soroll de fase o freqüència per entendre la font del soroll i optimitzar el disseny del làser, per tal d'aconseguir una sortida estable del làser d'amplada de línia estreta.

Fem una ullada a la realització de l'operació d'amplada de línia estreta de diverses categories diferents de làsers.

1) Làser semiconductor

Els làsers semiconductors tenen els avantatges de mida compacta, alta eficiència, llarga vida i beneficis econòmics.

El ressonador òptic Fabry-Perot (FP) utilitzat en làsers semiconductors tradicionals generalment oscil·la en mode multilongitudinal i l'amplada de la línia de sortida és relativament àmplia, per la qual cosa és necessari augmentar la retroalimentació òptica per obtenir la sortida d'amplada de línia estreta.

La retroalimentació distribuïda (DFB) i la reflexió Bragg distribuïda (DBR) són dos làsers semiconductors de retroalimentació òptica interna típics. Les seves estructures i espectres de sortida es mostren a la FIG. 5. A causa del petit to de reixeta i la bona selectivitat de la longitud d'ona, és fàcil aconseguir una sortida estable d'amplada de línia estreta d'una sola freqüència. La diferència principal entre les dues estructures és la posició de la reixa: l'estructura DFB sol distribuir l'estructura periòdica de la reixeta de Bragg per tot el ressonador, i el ressonador de la DBR sol estar compost per l'estructura de la reixeta de reflex i la regió de guany integrada en la superfície final. A més, els làsers DFB utilitzen reixes incrustades amb baix contrast d'índex de refracció i baixa reflectivitat. Els làsers DBR utilitzen reixes de superfície amb un alt índex de refracció de contrast i alta reflectivitat. Ambdues estructures tenen un gran rang espectral lliure i poden realitzar una sintonització de longitud d'ona sense salt de mode en el rang d'uns pocs nanòmetres, on el làser DBR té un rang de sintonització més ampli que el làser DFB.

A més, la tecnologia de retroalimentació òptica de cavitat externa, que utilitza elements òptics externs per retroalimentar la llum sortint del xip làser semiconductor i seleccionar la freqüència, també pot realitzar l'operació d'amplada de línia estreta del làser semiconductor.

2) Làsers de fibra

Els làsers de fibra tenen una alta eficiència de conversió de la bomba, una bona qualitat del feix i una alta eficiència d'acoblament, que són temes de recerca candents en el camp del làser. En el context de l'era de la informació, els làsers de fibra tenen una bona compatibilitat amb els sistemes de comunicació de fibra òptica actuals del mercat. El làser de fibra d'una sola freqüència amb els avantatges d'ample de línia estreta, baix soroll i bona coherència s'ha convertit en una de les direccions importants del seu desenvolupament.

El funcionament en mode longitudinal únic és el nucli del làser de fibra per aconseguir una sortida d'amplada de línia estreta, normalment segons l'estructura del ressonador del làser de fibra de freqüència única es pot dividir en tipus DFB, tipus DBR i tipus d'anell. Entre ells, el principi de funcionament dels làsers de fibra d'una sola freqüència DFB i DBR és similar al dels làsers semiconductors DFB i DBR.

El làser de fibra DFB és escriure la reixa de Bragg distribuïda a la fibra. Com que la longitud d'ona de treball de l'oscil·lador es veu afectada pel període de fibra, el mode longitudinal es pot seleccionar mitjançant la retroalimentació distribuïda de la xarxa. El ressonador làser del làser DBR sol estar format per un parell de reixes de Bragg de fibra, i el mode longitudinal únic es selecciona principalment per les reixes de Bragg de fibra de banda estreta i de baixa reflectivitat. Tanmateix, a causa del seu llarg ressonador, estructura complexa i manca d'un mecanisme de discriminació de freqüència eficaç, la cavitat en forma d'anell és propensa a saltar de manera, i és difícil treballar de manera estable en mode longitudinal constant durant molt de temps.

3) Làser d'estat sòlid

L'any 1960, el primer làser robí del món va ser un làser d'estat sòlid, caracteritzat per una alta energia de sortida i una cobertura de longitud d'ona més àmplia. L'estructura espacial única del làser d'estat sòlid el fa més flexible en el disseny d'una sortida de línia estreta. Actualment, els principals mètodes implementats inclouen el mètode de cavitat curta, el mètode de cavitat d'anell unidireccional, el mètode estàndard intracavitat, el mètode de cavitat en mode pèndol de torsió, el mètode de reixeta de Bragg de volum i el mètode d'injecció de llavors.

Informació de contacte:

Si teniu alguna idea, no dubteu a parlar amb nosaltres. Independentment d'on siguin els nostres clients i quins siguin els nostres requisits, seguirem el nostre objectiu d'oferir als nostres clients alta qualitat, preus baixos i el millor servei.