Во развојот на ласерите со тесна ширина на линијата до денес, еволуцијата на механизмите за ласерски повратни информации е синоним за еволуцијата на структурите на ласерските резонатори. Подолу, воведени се различни конфигурации на ласерски технологии со тесна ширина на линија според редоследот на еволуцијата на ласерските резонатори.
Ласерите со една главна шуплина можат структурно да се поделат на линеарни шуплини и шуплини на прстените, а според должината на шуплината, на структури со кратки и долги шуплини. Ласерите со кратки шуплини се карактеризираат со големо надолжно растојание на режимот, што е поповолно за постигнување на работа со еден надолжен режим (SLM), но страдаат од широка внатрешна ширина на линијата на празнината и тешкотии во потиснување на бучавата. Структурите со долга празнина инхерентно покажуваат карактеристики на тесна ширина на линијата и овозможуваат интеграција на различни оптички уреди со флексибилни конфигурации; сепак, нивниот технички предизвик лежи во постигнување на SLM работа поради претерано малото надолжно растојание на режимот.
Како класична конфигурација на ласерски главни шуплини, линеарната празнина може да се пофали со предности како што се едноставна структура, висока ефикасност и лесна манипулација. Историски гледано, првиот вистински ласерски зрак бил генериран со користење на структурата на линеарна шуплина F-P. Со последователните достигнувања во науката и технологијата, структурата F-P е широко прифатена во полупроводнички ласери, ласери со влакна и ласери со цврста состојба.
Прстенестата шуплина е модификација на класичната линеарна празнина, надминувајќи го просторниот недостаток на горење дупки на линеарните шуплини со замена на полињата со стоечки бранови со патувачки бранови за да се постигне циклично засилување на оптичките сигнали. Поттикнати од развојот на уреди со оптички влакна, ласерите со влакна со флексибилни структури од сите влакна привлекоа големо внимание и станаа најбрзо растечката категорија на ласери во последните две децении.
Ласерите со нерамнински прстенести осцилатори (NPRO) претставуваат специјална ласерска конфигурација на патувачки бранови. Обично, главната празнина на таквите ласери се состои од монолитен кристал, кој ја регулира состојбата на поларизација на ласерот преку кристална рефлексија на крајот на лицето и надворешно магнетно поле за да се реализира еднонасочно ласерско работење. Овој дизајн во голема мера го намалува термичкото оптоварување на ласерскиот резонатор, обезбедува исклучителна стабилност во брановата должина и моќност и има карактеристики на тесна ширина на линијата.
Ограничени од фактори како што се претерано кратка должина на шуплината и висока внатрешна загуба, конфигурациите на ласерот со една празнина на линеарната шуплина F-P врз основа на повратни информации во внатрешноста на празнината страдаат од ограничено време на интеракција на фотонот и тешкотии во елиминирање на спонтана емисија од медиумот за засилување. За да го решат ова прашање, истражувачите предложија конфигурација на повратни информации за една надворешна празнина. Надворешната празнина функционира за да го продолжи времето на интеракција на фотоните и да ги нахрани филтрираните фотони назад во главната празнина, а со тоа да ги оптимизира ласерските перформанси и да ја компресира ширината на линијата. Раните едноставни структури со надворешна шуплина засновани на просторна оптика, како што се конфигурациите Littrow и Littman, ја користат способноста за спектрална дисперзија на решетките за повторно инјектирање на прочистени ласерски сигнали во главната празнина на ласерот, со фреквенција влечење на главната празнина за да се постигне компресија на ширината на линијата. Оваа структура со една надворешна празнина подоцна беше проширена на ласери со влакна и ласери со полупроводници.
Техничкиот предизвик на повратните ласерски конфигурации со една надворешна шуплина лежи во усогласувањето на фазата помеѓу надворешната празнина и главната празнина. Студиите покажаа дека просторната фаза на сигналот за повратна информација од надворешната празнина е критична за одредување на ласерскиот праг, фреквенцијата и релативната излезна моќност, а ласерските надолжни режими се многу чувствителни на интензитетот и фазата на сигналот за повратна информација.
DBR ласерска конфигурација
За да се подобри стабилноста на ласерските системи и да се интегрираат уредите кои селектираат бранова должина во главната структура на шуплината, развиена е конфигурацијата DBR. Дизајниран врз основа на резонаторот F-P, резонаторот DBR ги заменува огледалата на структурата F-P со периодични пасивни Bragg структури за да обезбеди оптичка повратна информација. Поради ефектот на периодично филтрирање на чешел на структурата Браг на режимите на ласерски пречки, главната празнина на DBR инхерентно поседува карактеристики на филтрирање. Во комбинација со големото надолжно растојание на режимот што го овозможува структурата со кратки празнини, работата на SLM лесно се постигнува. Иако периодичната структура на Браг првично беше дизајнирана исклучиво за избор на бранова должина, од перспектива на структурата на празнината, таа исто така претставува еволуција на структурата со една празнина со зголемен број на повратни површини.
Класифицирани по медиум за засилување, DBR ласерите вклучуваат полупроводнички ласери и ласери со влакна. Полупроводничките ласери имаат природна предност во компатибилноста на производството со полупроводничките материјали и технологиите за обработка на микро-нано. Многу процеси на производство на полупроводници, како што се секундарна епитаксија, хемиско таложење на пареа, чекор фотолитографија, наноотпечаток, офорт со електронски сноп и јонско гравирање, може директно да се применат во истражувањето и производството на полупроводнички ласери.
Ласерите со влакна DBR се појавија подоцна од ласерите со полупроводници DBR, главно ограничени со развојот на обработка на брановодни влакна со влакна и мулти-допинг технологии со висока концентрација. Во моментов, вообичаените техники за производство на брановоди со влакна вклучуваат маскирање на фаза на дефект на кислород и ласерска обработка во фемтосекунда, додека технологиите за допинг на влакна со висока концентрација опфаќаат модифицирано хемиско таложење на пареа (MCVD) и површинско таложење на хемиска пареа во плазмата (SCVD).
Друга структура на резонатор базирана на решетките на Браг е конфигурацијата на DFB. Главната празнина на ласерот DFB ја интегрира структурата Браг со активниот регион и воведува регион со поместување на фаза во центарот на структурата за избор на бранова должина. Како што е прикажано на Сл. 3(б), оваа конфигурација се одликува со повисок степен на интеграција и структурно единство и ги ублажува проблемите како што се сериозно поместување на брановата должина и прескокнување на режимот во структурите на DBR, што ја прави најстабилна и најпрактична ласерска конфигурација во сегашната фаза.
Техничкиот предизвик на DFB ласерите лежи во изработката на структури за решетки. Постојат два основни методи за изработка на решетки кај полупроводничките ласери DBR: секундарна епитаксија и површинско офорт. Полупроводничките ласери со повратна решетка (RGF)-DFB користат секундарна епитаксија и фотолитографија за да развијат сет од решетки со низок индекс на рефракција во активниот регион. Овој метод ја зачувува структурата на активниот слој со мала загуба, што го олеснува производството на високо-Q резонатори. Површинска решетка (SG)-DFB полупроводнички ласери вклучуваат директно гравирање на слој од решетка на површината на активниот регион. Овој пристап е покомплексен, бара прецизно прилагодување според материјалот на активниот регион и допинг јоните, и покажува поголема загуба, но сепак нуди посилно оптичко затворање и поголема способност за потиснување на режимот.
Слично на ласерите со влакна DBR, ласерите со влакна DFB се потпираат на напредокот во обработката на брановоди со влакна и технологиите на допирани влакна со висока концентрација. Во споредба со ласерите со влакна DBR, ласерите со влакна DFB претставуваат поголеми предизвици во производството на решетки поради карактеристиките на апсорпција на брановата должина на јоните на ретки земји.
Ласерите со главна празнина со кратка празнина, како што се DFB и DBR, имаат ограничено време на интеракција на фотон во внатрешноста на празнината, што го отежнува компресијањето на длабоката ширина на линијата. За дополнително да се компресира ширината на линијата и да се потисне бучавата, ваквите конфигурации на главната празнина со кратки празнини често се комбинираат со структури со надворешна празнина за оптимизација на перформансите. Вообичаените структури на надворешната шуплина вклучуваат просторни надворешни шуплини, надворешни шуплини на влакна и надворешни шуплини на брановоди. Пред развојот на уреди со оптички влакна и структури на брановоди, надворешните шуплини беа претежно составени од просторна оптика комбинирана со дискретни оптички компоненти. Меѓу нив, структурите за повратни информации за просторна надворешна шуплина базирана на решетка главно ги прифаќаат дизајните на Литроу и Литман, кои обично се состојат од шуплина за ласерско засилување, спојни леќи и дифракциона решетка. Решетката, како елемент за повратна информација, овозможува подесување на брановата должина, избор на режим и компресија на ширината на линијата.
Дополнително, структурите за повратни информации за просторната надворешна празнина може да вклучат низа уреди за оптичко филтрирање, како што се F-P еталони, акусто-оптички/електро-оптички филтри што можат да се прилагодат и интерферометри. Овие уреди за филтрирање инхерентно поседуваат можности за избор на режим и можат да ги заменат решетките; одредени високо-Q F-P еталони дури ги надминуваат рефлектирачките решетки при спектрално стеснување и компресија на ширината на линијата.
Со напредокот на технологијата на уреди со оптички влакна, заменувањето на просторните оптички структури со високо интегрирани, робусни брановидни влакна или уреди со влакна претставува ефикасна стратегија за подобрување на стабилноста на ласерскиот систем. Надворешните шуплини на влакна обично се конструираат со спојување на уреди со влакна за да се формира структура од сите влакна, нудејќи висока интеграција, лесно одржување и силен имунитет на пречки. Структурите за повратни информации за надворешната шуплина на влакна може да бидат едноставни повратни информации за јамка на влакна или резонатори со целосно влакно, FBG, шуплини со влакна F-P и WGM резонатори.
Ласерите со тесна ширина на линијата со интегрирани брановидни структури за повратни информации во надворешната празнина привлекоа широко внимание поради нивната помала големина на пакувањето и постабилните перформанси. Во суштина, повратните информации од надворешната празнина на брановодите ги следат истите технички принципи како повратните информации од надворешната празнина на влакната, но разновидноста на полупроводничките материјали и технологиите за обработка на микро-нано овозможуваат покомпактни и стабилни ласерски системи, зголемувајќи ја практичноста на повратните информации на брановодни ласери со тесна ширина на линијата. Најчесто користените полупроводнички ласерски материјали вклучуваат соединенија Si, Si3N4 и III-V.
Конфигурацијата на ласерот со оптоелектронски осцилации е специјална ласерска архитектура за повратни информации, каде што сигналот за повратни информации е типично електричен сигнал или истовремена оптоелектронска повратна информација. Најраната технологија за оптоелектронска повратна информација применета на ласерите беше техниката за стабилизација на фреквенцијата PDH, која користи електричен негативен фидбек за прилагодување на должината на шуплината и заклучување на ласерската фреквенција на референтните спектри, како што се режимите на резонатор со висок Q и линиите за апсорпција на ладен атом. Преку подесување со негативни повратни информации, ласерскиот резонатор може да одговара на состојбата на ласерската работа во реално време, намалувајќи ја нестабилноста на фреквенцијата до редот од 10-17. Сепак, електричните повратни информации страдаат од значителни ограничувања, вклучително и бавна брзина на одговор и премногу сложени серво системи кои вклучуваат широки кола. Овие фактори резултираат со високи технички тешкотии, строга прецизност на контролата и високи трошоци за ласерските системи. Понатаму, силната зависност на системот од референтните извори строго ја ограничува ласерската бранова должина на одредени фреквентни точки, дополнително ограничувајќи ја неговата практична применливост.
Авторски права @ 2020 Shenzhen Box Optronics Technology Co., Ltd. - Кина модули за оптички влакна, производители на ласери поврзани со влакна, добавувачи на ласерски компоненти Сите права се задржани.
