오늘날, 우리는 극한의 좁은 선폭 레이저에 "단색"레이저를 소개 할 것입니다. 그것의 출현은 레이저의 많은 응용 분야에서 격차를 메우고 있으며 최근 몇 년 동안 중력파 감지, Lidar, 분산 감지, 고속 코 히어 런트 광학 통신 및 기타 필드에 널리 사용되어 레이저 전력을 개선 할 수없는 "미션"입니다.
좁은 Linewidth 레이저는 무엇입니까?
"선 너비"라는 용어는 주파수 도메인에서 레이저의 스펙트럼 라인 폭을 나타냅니다. 이는 일반적으로 스펙트럼의 반 피크 전체 폭 (FWHM)의 관점에서 정량화됩니다. 선폭은 주로 흥분된 원자 또는 이온의 자발적 방사선, 위상 노이즈, 공진기의 기계적 진동, 온도 지터 및 기타 외부 요인에 의해 영향을받습니다. 선 너비의 값이 작을수록 스펙트럼의 순도가 높을수록 레이저의 단색성이 더 좋습니다. 이러한 특성을 가진 레이저는 일반적으로 위상 또는 주파수 노이즈가 거의 없으며 상대 강도 노이즈가 거의 없습니다. 동시에, 레이저의 선형 폭 값이 작을수록 상응하는 일관성이 강해지며, 이는 매우 긴 일관성 길이로 나타납니다.
좁은 선폭 레이저의 실현 및 적용
레이저의 작동 물질의 고유 한 게인 선폭에 의해 제한되면, 전통적인 발진기 자체에 의존하여 좁은 선폭 레이저의 출력을 직접 깨닫는 것은 거의 불가능합니다. 좁은 선폭 레이저의 작동을 실현하기 위해서는 일반적으로 필터, 격자 및 기타 장치를 사용하여 게인 스펙트럼에서 세로 모듈러스를 제한하거나 선택해야하며, 종 방향 모드 간의 순 그레이션 차이를 증가시켜 레이저 리소 나터에 몇 가지 또는 하나의 종단 모드 진동이 있습니다. 이 과정에서, 레이저 출력에 대한 노이즈의 영향을 제어하고 외부 환경의 진동 및 온도 변화에 의해 야기되는 스펙트럼 라인의 확대를 최소화해야한다. 동시에, 위상 또는 주파수 노이즈 스펙트럼 밀도의 분석과 결합하여 노이즈 공급원을 이해하고 레이저의 설계를 최적화하여 좁은 Linewidth 레이저의 안정적인 출력을 달성 할 수 있습니다.
여러 다른 범주의 레이저의 좁은 선폭 작동의 실현을 살펴 보겠습니다.
(1)반도체 레이저
반도체 레이저는 소형 크기, 고효율, 장수 및 경제적 이점의 장점을 가지고 있습니다.
전통적으로 사용되는 Fabry-Perot (FP) 광학 공진기반도체 레이저일반적으로 다중 계통 모드에서 진동하고 출력 라인 너비는 비교적 넓으므로 좁은 선 너비의 출력을 얻기 위해 광학 피드백을 증가시켜야합니다.
분산 피드백 (DFB) 및 분산 브래그 반사 (DBR)는 두 가지 전형적인 내부 광학 피드백 반도체 레이저입니다. 작은 격자 피치와 우수한 파장 선택성으로 인해 안정적인 단일 주파수 좁은 선폭 출력을 쉽게 달성 할 수 있습니다. 두 구조의 주요 차이점은 격자의 위치입니다. DFB 구조는 일반적으로 공진기 전체에 Bragg 격자의주기적인 구조를 분배하며 DBR의 공진기는 일반적으로 반사 격자 구조와 끝 표면에 통합 된 게인 영역으로 구성됩니다. 또한 DFB 레이저는 낮은 굴절률 대비 및 낮은 반사율을 갖는 임베디드 격자를 사용합니다. DBR 레이저는 높은 굴절률 대비 및 높은 반사율을 갖는 표면 격자를 사용합니다. 두 구조 모두 큰 자유 스펙트럼 범위를 가지며 DBR 레이저가 몇 나노 미터 범위에서 모드 점프없이 파장 튜닝을 수행 할 수 있습니다.DFB 레이저. 또한 외부 광학 요소를 사용하여 반도체 레이저 칩의 발신 빛을 피드백하고 주파수를 선택하는 외부 공동 광학 피드백 기술은 반도체 레이저의 좁은 선폭 작동을 실현할 수 있습니다.
(2) 섬유 레이저
파이버 레이저는 펌프 전환 효율이 높고 빔 품질이 우수하며 커플 링 효율이 높으며 레이저 필드의 뜨거운 연구 주제입니다. 정보 시대의 맥락에서, 섬유 레이저는 시장의 현재 광섬유 통신 시스템과 호환성이 우수합니다. 좁은 선 너비, 저음 및 양호한 일관성의 장점을 갖는 단일 주파수 섬유 레이저는 개발의 중요한 방향 중 하나가되었습니다.
단일 세로 모드 작동은 일반적으로 단일 주파수 섬유 레이저의 공진기의 구조에 따라 좁은 선형 출력을 달성하기위한 섬유 레이저의 핵심입니다. 그중에서도 DFB 및 DBR 단일 주파수 섬유 레이저의 작동 원리는 DFB 및 DBR 반도체 레이저의 원리와 유사합니다.
도 1에 도시 된 바와 같이, DFB 섬유 레이저는 분포 된 브래그 격자를 섬유에 쓰는 것이다. 발진기의 작동 파장은 섬유 기간에 의해 영향을 받기 때문에, 격자의 분산 피드백을 통해 세로 모드를 선택할 수 있습니다. DBR 레이저의 레이저 공진기는 일반적으로 한 쌍의 섬유 브래그 격자에 의해 형성되며, 단일 세로 모드는 주로 좁은 밴드 및 낮은 반사율 섬유 브래그 격자에 의해 선택됩니다. 그러나, 긴 공진기, 복잡한 구조 및 효과적인 주파수 차별 메커니즘의 부족으로 인해 고리 모양 공동은 모드 호핑에 걸리며 오랫동안 일정한 종단 모드에서 안정적으로 작동하기가 어렵다.
그림 1, 단일 주파수의 두 가지 일반적인 선형 구조섬유 레이저
후 시간 : 11 월 27 일