좁은 선폭 레이저 기술 2부

좁은 선폭 레이저 기술 2부

(3)고체 레이저

1960년, 세계 최초의 루비 레이저는 고출력 에너지와 더 넓은 파장 범위를 특징으로 하는 고체 레이저였습니다. 고체 레이저의 독특한 공간 구조는 좁은 선폭 출력 설계에 더욱 유연하게 작용합니다. 현재 구현된 주요 방법으로는 짧은 공동 방식, 단방향 링 공동 방식, 공동 내 표준 방식, 비틀림 진자 모드 공동 방식, 체적 브래그 격자 방식, 시드 주입 방식 등이 있습니다.

그림 7은 몇 가지 전형적인 단일 종방향 모드 고체 레이저의 구조를 보여줍니다.

그림 7(a)는 공동 내 FP 표준에 기반한 단일 종방향 모드 선택의 작동 원리를 보여줍니다. 즉, 표준의 좁은 선폭 투과 스펙트럼을 사용하여 다른 종방향 모드의 손실을 증가시킴으로써, 투과율이 낮은 다른 종방향 모드가 모드 경쟁 과정에서 필터링되어 단일 종방향 모드 작동을 달성합니다. 또한, FP 표준의 각도와 온도를 제어하고 종방향 모드 간격을 변경하여 특정 범위의 파장 조정 출력을 얻을 수 있습니다. 그림 7(b)와 (c)는 단일 종방향 모드 출력을 얻기 위해 사용된 비평면 링 발진기(NPRO)와 비틀림 진자 모드 공동법을 보여줍니다. 작동 원리는 공진기에서 빔을 단일 방향으로 전파하여 일반 정재파 공동 내 역전 입자 수의 불균일한 공간 분포를 효과적으로 제거하고, 공간 홀 연소 효과의 영향을 피하여 단일 종방향 모드 출력을 얻는 것입니다. 벌크 브래그 격자(VBG) 모드 선택 원리는 앞서 언급한 반도체 및 광섬유 협폭 선폭 레이저와 유사합니다. 즉, VBG를 필터 소자로 사용하여 우수한 스펙트럼 선택성과 각도 선택성을 기반으로 발진기가 특정 파장 또는 대역에서 진동하여 그림 7(d)에서 볼 수 있듯이 종방향 모드 선택 역할을 수행합니다.
동시에, 필요에 따라 여러 가지 종방향 모드 선택 방법을 결합하여 종방향 모드 선택 정확도를 향상시키거나, 선폭을 더욱 좁히거나, 비선형 주파수 변환 등의 수단을 도입하여 모드 경쟁 강도를 증가시키거나, 좁은 선폭에서 동작하면서 레이저의 출력 파장을 확장할 수 있습니다.반도체 레이저그리고파이버 레이저.

(4) 브릴루앙 레이저

브릴루앙 레이저는 낮은 잡음, 좁은 선폭 출력 기술을 얻기 위해 자극 브릴루앙 산란(SBS) 효과를 기반으로 합니다. 그 원리는 광자와 내부 음향장의 상호 작용을 통해 특정 주파수의 스토크스 광자를 생성하고 이득 대역폭 내에서 지속적으로 증폭하는 것입니다.

그림 8은 SBS 변환의 레벨 다이어그램과 브릴루앙 레이저의 기본 구조를 보여줍니다.

음향장의 낮은 진동 주파수로 인해 재료의 브릴루앙 주파수 편이는 일반적으로 0.1-2 cm-1에 불과하므로 펌프 광으로 1064 nm 레이저를 사용하면 생성되는 스토크스 파장은 종종 약 1064.01 nm에 불과하지만 이는 양자 변환 효율이 매우 높다는 것을 의미합니다(이론적으로 최대 99.99%). 또한 매체의 브릴루앙 이득 선폭은 일반적으로 MHZ-ghz 정도에 불과하기 때문에(일부 고체 매체의 브릴루앙 이득 선폭은 약 10 MHz에 불과함) 100 GHz 정도의 레이저 작동 물질의 이득 선폭보다 훨씬 작습니다. 따라서 브릴루앙 레이저에서 여기된 스토크스는 공동에서 다중 증폭 후 눈에 띄는 스펙트럼 좁아짐 현상을 보일 수 있으며 출력 선폭은 펌프 선폭보다 몇 배나 좁습니다. 현재 브릴루앙 레이저는 광자학 분야의 연구 핫스팟이 되었으며, 극히 좁은 선폭 출력의 Hz 및 Hz 미만에 대한 많은 보고가 있었습니다.

최근 몇 년 동안, 도파관 구조를 갖는 브릴루앙 소자가 분야에 등장했습니다.마이크로파 광자학, 소형화, 고집적화, 고해상도 방향으로 빠르게 발전하고 있습니다. 또한, 다이아몬드와 같은 새로운 결정 재료를 기반으로 하는 우주 공간 브릴루앙 레이저 또한 지난 2년 동안 사람들의 시야에 들어왔습니다. 도파관 구조의 출력과 캐스케이드 SBS 병목 현상에서 혁신적인 돌파구를 마련하여 브릴루앙 레이저의 출력을 최대 10W까지 끌어올림으로써 응용 분야 확장의 기반을 마련했습니다.
일반 접합
최첨단 지식의 지속적인 탐구로 좁은 선폭 레이저는 단일 주파수 좁은 선폭 레이저를 사용하는 중력파 검출용 레이저 간섭계 LIGO와 같이 뛰어난 성능을 지닌 과학 연구에 없어서는 안 될 도구가 되었습니다.원자 램프시드 광원으로 1064nm 파장을 사용하고, 시드광의 선폭은 5kHz 이내입니다. 또한, 파장 가변이 가능하고 모드 점프가 없는 협폭 레이저는 특히 코히어런트 통신 분야에서 뛰어난 응용 잠재력을 보여줍니다. 이러한 레이저는 파장(또는 주파수) 가변성을 위한 파장 분할 다중화(WDM) 또는 주파수 분할 다중화(FDM)의 요구를 완벽하게 충족할 수 있으며, 차세대 이동 통신 기술의 핵심 소자가 될 것으로 기대됩니다.
미래에는 레이저 소재와 가공 기술의 혁신으로 레이저 선폭 압축, 주파수 안정성 향상, 파장 범위 확대, 출력 향상이 더욱 촉진되어 인간이 미지의 세계를 탐험할 수 있는 길이 열릴 것입니다.