Bu gün biz həddindən artıq dar xətt enində lazerə "monoxromatik" lazer təqdim edəcəyik. Onun ortaya çıxması lazerin bir çox tətbiq sahələrindəki boşluqları doldurur və son illərdə cazibə dalğası aşkarlanması, liDAR, paylanmış sensor, yüksək sürətli koherent optik rabitə və digər sahələrdə geniş istifadə olunur ki, bu da yalnız lazer gücünü artırmaqla yerinə yetirilə bilməyən bir "missiyadır".
Dar xətt enində lazer nədir?
"Xətt eni" termini lazerin tezlik domenindəki spektral xətt eninə aiddir və adətən spektrin yarım pik tam eninə (FWHM) əsasən kəmiyyətcə ifadə olunur. Xətt eni əsasən həyəcanlanmış atomların və ya ionların spontan şüalanması, faz səs-küyü, rezonatorun mexaniki titrəməsi, temperatur titrəməsi və digər xarici amillərdən təsirlənir. Xətt eninin dəyəri nə qədər kiçik olarsa, spektrin saflığı bir o qədər yüksək olar, yəni lazerin monoxromatikliyi bir o qədər yaxşıdır. Bu cür xüsusiyyətlərə malik lazerlərdə adətən çox az faz və ya tezlik səs-küyü və çox az nisbi intensivlik səs-küyü olur. Eyni zamanda, lazerin xətti en dəyəri nə qədər kiçik olarsa, son dərəcə uzun koherentlik uzunluğu kimi özünü göstərən müvafiq koherentlik bir o qədər güclü olar.
Dar xətt enində lazerin reallaşdırılması və tətbiqi
Lazerin işçi maddəsinin daxili qazanc xətti eninə görə məhdudlaşdığı üçün, ənənəvi osilatorun özünə güvənərək dar xətt enli lazerin çıxışını birbaşa həyata keçirmək demək olar ki, mümkün deyil. Dar xətt enli lazerin işini həyata keçirmək üçün, adətən qazanc spektrindəki uzununa modulu məhdudlaşdırmaq və ya seçmək, uzununa rejimlər arasında xalis qazanc fərqini artırmaq üçün filtrlərdən, barmaqlıqlardan və digər cihazlardan istifadə etmək lazımdır ki, lazer rezonatorunda bir neçə və ya hətta yalnız bir uzununa rejim salınması olsun. Bu prosesdə, səs-küyün lazer çıxışına təsirini idarə etmək və xarici mühitin titrəməsi və temperatur dəyişiklikləri nəticəsində yaranan spektral xətlərin genişlənməsini minimuma endirmək lazımdır; Eyni zamanda, səs-küyün mənbəyini anlamaq və lazerin dizaynını optimallaşdırmaq üçün faz və ya tezlik səs-küyü spektral sıxlığının təhlili ilə birləşdirilə bilər ki, dar xətt enli lazerin sabit çıxışına nail ola bilsin.
Gəlin bir neçə müxtəlif kateqoriyalı lazerlərin dar xətt eni əməliyyatının həyata keçirilməsinə nəzər salaq.
Yarımkeçirici lazerlər kompakt ölçü, yüksək səmərəlilik, uzun ömür və iqtisadi fayda kimi üstünlüklərə malikdir.
Ənənəvi olaraq istifadə edilən Fabry-Perot (FP) optik rezonatoruyarımkeçirici lazerlərümumiyyətlə çox uzununa rejimdə salınır və çıxış xəttinin eni nisbətən genişdir, buna görə də dar xətt eninin çıxışını əldə etmək üçün optik geribildirimi artırmaq lazımdır.
Paylanmış əks əlaqə (DFB) və Paylanmış Bragg əks olunması (DBR) iki tipik daxili optik əks əlaqə yarımkeçirici lazerdir. Kiçik barmaqlıq meydançası və yaxşı dalğa uzunluğu seçiciliyi səbəbindən sabit tək tezlikli dar xətt eninə çıxış əldə etmək asandır. İki struktur arasındakı əsas fərq barmaqlığın mövqeyidir: DFB strukturu adətən Bragg barmaqlığının dövri strukturunu rezonator boyunca paylayır və DBR-nin rezonatoru adətən əks etmə barmaqlığı strukturundan və son səthə inteqrasiya olunmuş qazanc bölgəsindən ibarətdir. Bundan əlavə, DFB lazerləri aşağı qırılma indeksi kontrastı və aşağı əks olunma qabiliyyəti olan daxil edilmiş barmaqlıqlardan istifadə edir. DBR lazerləri yüksək qırılma indeksi kontrastı və yüksək əks olunma qabiliyyəti olan səth barmaqlıqlarından istifadə edir. Hər iki struktur böyük sərbəst spektral diapazona malikdir və bir neçə nanometr diapazonunda rejim sıçrayışı olmadan dalğa uzunluğu tənzimləməsini həyata keçirə bilər, burada DBR lazeri daha geniş tənzimləmə diapazonuna malikdir.DFB lazeriBundan əlavə, yarımkeçirici lazer çipinin çıxan işığını əks-əlaqələndirmək və tezliyi seçmək üçün xarici optik elementlərdən istifadə edən xarici boşluqlu optik geribildirim texnologiyası, yarımkeçirici lazerin dar xətt enində işləməsini də həyata keçirə bilər.
(2) Lif lazerləri
Lif lazerləri yüksək nasos çevirmə səmərəliliyinə, yaxşı şüa keyfiyyətinə və yüksək birləşmə səmərəliliyinə malikdir ki, bunlar da lazer sahəsində ən çox araşdırılan mövzulardır. İnformasiya dövrü kontekstində lif lazerləri bazardakı mövcud optik lif rabitə sistemləri ilə yaxşı uyğunluğa malikdir. Dar xətt eni, aşağı səs-küy və yaxşı koherentlik üstünlüklərinə malik tək tezlikli lif lazeri onun inkişafının vacib istiqamətlərindən birinə çevrilib.
Tək uzununa rejimli işləmə, dar xətt enində çıxış əldə etmək üçün lif lazerinin əsasını təşkil edir, adətən rezonatorun quruluşuna görə tək tezlikli lif lazeri DFB tipinə, DBR tipinə və halqa tipinə bölünə bilər. Bunların arasında DFB və DBR tək tezlikli lif lazerlərinin iş prinsipi DFB və DBR yarımkeçirici lazerlərinin iş prinsipinə bənzəyir.
Şəkil 1-də göstərildiyi kimi, DFB lif lazeri lifə paylanmış Bragg qəfəsini yazmaq üçündür. Osilatorun işçi dalğa uzunluğu lif dövründən təsirləndiyindən, uzununa rejim qəfəsin paylanmış geribildirimi vasitəsilə seçilə bilər. DBR lazerinin lazer rezonatoru adətən bir cüt lif Bragg qəfəsləri ilə formalaşır və tək uzununa rejim əsasən dar zolaqlı və aşağı əks etdiriciliyə malik lif Bragg qəfəsləri ilə seçilir. Lakin, uzun rezonatoru, mürəkkəb quruluşu və effektiv tezlik ayırd etmə mexanizminin olmaması səbəbindən halqa formalı boşluq rejim sıçrayışına meyllidir və uzun müddət sabit uzununa rejimdə sabit işləmək çətindir.
Şəkil 1, Tək tezlikli iki tipik xətti strukturlif lazerləri
Yazı vaxtı: 27 Noyabr 2023