Ласери со тесна ширина

Некои ласерски апликации бараат ласерот да има многу тесна ширина на линијата, односно тесен спектар. Ласерите со тесна ширина на линијата се однесуваат на ласери со една фреквенција, односно има режим на резонантна празнина во вредноста на ласерот, а фазниот шум е многу низок, така што спектралната чистота е многу висока. Обично таквите ласери имаат бучава со многу низок интензитет.

Најважните типови на ласери со тесна ширина на линијата се како што следува:

1. Полупроводнички ласери, дистрибуирани повратни ласерски диоди (DFB ласери) и дистрибуирани Bragg рефлексивни ласери (DBR ласери), најчесто се користат во регионот од 1500 или 1000 nm. Типични работни параметри се излезна моќност од десетици миливати (понекогаш поголема од 100 миливати) и ширина на линија од неколку MHz.

2. Потесни широчини на линии може да се добијат со полупроводнички ласери, на пример со продолжување на резонаторот со едномодни влакно што содржи теснопојасна решетка со влакна од Браг, или со користење на надворешен ласер со диоди со шуплина. Користејќи го овој метод, може да се постигне ултра тесна ширина на линија од неколку kHz или дури и помала од 1 kHz.

3. Мали дистрибуирани фибер-ласери со повратни информации (резонатори изработени од специјални решетки со влакна Браг) можат да генерираат излезна моќност од десетици миливати со ширина на линија во опсегот на kHz.

4. Ласерите со цврсто тело со диоди со нерамнински прстенести резонатори можат да добијат и ширина на линија од неколку kHz, додека излезната моќност е релативно висока, од редот од 1W. Иако типичната бранова должина е 1064 nm, можни се и други региони со бранова должина како 1300 или 1500 nm.

Главните фактори кои влијаат на тесната ширина на линијата на ласерите

За да се постигне ласер со многу тесен опсег на зрачење (широчина на линијата), следните фактори треба да се земат предвид при ласерскиот дизајн:

Прво, треба да се постигне работа со една фреквенција. Ова лесно се постигнува со користење на медиум за засилување со мал пропусен опсег на засилување и кратка ласерска празнина (што резултира со голем слободен спектрален опсег). Целта треба да биде долгорочна стабилна работа со една фреквенција без скокање во режим.

Второ, влијанието на надворешниот шум треба да се минимизира. Ова бара стабилно поставување на резонатор (монохроматски) или посебна заштита од механички вибрации. Електрично пумпаните ласери треба да користат извори на струја или напон со низок шум, додека ласерите со оптички пумпа треба да имаат бучава со низок интензитет како извор на светлина на пумпата. Дополнително, треба да се избегнат сите повратни светлосни бранови, на пример со користење на изолатори на Фарадеј. Во теорија, надворешниот шум има помало влијание од внатрешниот шум, како што е спонтана емисија во медиумот за засилување. Ова е лесно да се постигне кога фреквенцијата на бучава е висока, но кога фреквенцијата на бучава е мала, ефектот врз ширината на линијата е најважен.

Трето, ласерскиот дизајн треба да се оптимизира за да се минимизира ласерскиот шум, особено фазната бучава. Се претпочитаат висока моќност на внатрешуплина и долги резонатори, иако во овој случај потешко е да се постигне стабилна работа со една фреквенција.

Оптимизацијата на системот бара разбирање на важноста на различните извори на бучава, бидејќи се потребни различни мерења во зависност од доминантниот извор на бучава. На пример, минимизираната ширина на линијата според равенката Шалоу-Таунс не мора да ја минимизира вистинската ширина на линијата ако вистинската ширина на линијата е одредена со механички шум.

Карактеристики на шум и спецификации за изведба.

И карактеристиките на бучавата и индикаторите за изведба на ласерите со тесна ширина на линијата се тривијални прашања. Различни мерни техники се дискутирани во записот Linewidth, особено ширините на линиите од неколку kHz или помалку се барани. Дополнително, само со оглед на вредноста на ширината на линијата не може да се дадат сите карактеристики на бучавата; потребно е да се даде целосен фазен спектар на бучава, како и информации за бучавата за релативен интензитет. Вредноста на ширината на линијата треба да се комбинира барем со времето на мерење или со други информации што го земаат предвид долгорочното поместување на фреквенцијата.

Се разбира, различните апликации имаат различни барања и кое ниво на индекс на перформанси на бучава треба да се земе предвид во различни реални ситуации.

Апликации на ласери со тесна ширина

1. Многу важна апликација е во полето на сензори, како што се сензори за оптички влакна за притисок или температура, различни интерферометарски сензори, користење на различна апсорпција LIDAR за откривање и следење на гасот и користење на Doppler LIDAR за мерење на брзината на ветерот. Некои сензори со оптички влакна бараат ласерска ширина на линија од неколку kHz, додека при мерењата на LIDAT, доволна е ширина на линијата од 100 kHz.

2. Мерењата на оптичката фреквенција бараат многу тесни широчини на линиите на изворот, што бара техники за стабилизација за да се постигнат.

3. Системите за комуникација со оптички влакна имаат релативно слаби барања за ширина на линијата и главно се користат за предаватели или за откривање или мерење.