Você conhece a tecnologia de laser de largura de linha estreita?

O que você pensa quando pensa em lasers? A  espada de laser empunhada pelo General Grievous em Star Wars? Ou um daqueles canais de laser mortais de Resident Evil? Ou os olhos de laser de Scott dos X-Men que podem queimar tudo? Esses “lasers”, como são conhecidos, costumam aparecer em algumas obras de ficção científica na forma de alta potência e alta energia, demonstrando grande poder (ver Figura 1).

Na vida real, os lasers também se infiltraram em muitas indústrias, desde campos médicos, como cosmetologia a laser e tratamento de miopia, até campos de fabricação industrial, como marcação a laser, corte e soldagem, bem como campos científicos de ponta, como detecção de radar, microscopia imagens e comunicação quântica que surgiram nos últimos anos. Atualmente, a tecnologia a laser tem feito contribuições notáveis ​​para promover o desenvolvimento da segurança da defesa nacional, biomédica, manufatura inteligente e informação.

No entanto, os lasers de que todos precisamos precisam ter alta potência e grande "letalidade" como mostra o filme?

Em primeiro lugar, temos que olhar para as características básicas do laser diferente da fonte de luz tradicional, conforme mostrado na Figura 2, mencionamos anteriormente nas obras de cinema e televisão o laser possui características poderosas, geralmente proporcionais ao brilho (potência ) do laser, mas também reflete o laser tem boas características direcionais.

Além disso, monocromaticidade e coerência também são foco de atenção. A luz emitida pela fonte de luz comum geralmente é diferente em frequência, por isso contém uma variedade de cores, e os vários fótons emitidos pelo laser têm a mesma frequência, por isso é uma excelente fonte de luz monocromática. Não apenas isso, porque os fótons de radiação excitados do laser são consistentes em fase, há uma relação de fase fixa entre os pontos na seção transversal do feixe de laser sob a ação do ressonador, em comparação com a fonte de luz comum, a coerência do laser também é excelente. Combinado com as excelentes características de monocromaticidade e coerência do laser, mesmo que não haja "halo" de alta potência de quilowatts e 10,000 watts, os lasers ainda podem ser amplamente utilizados em tecnologia espectral, medição óptica e outros campos.

Características do laser diferentes das fontes de luz tradicionais

Hoje, apresentaremos um laser "monocromático" ao extremo - laser de largura de linha estreita. Seu surgimento preenche as lacunas em muitos campos de aplicação do laser e, nos últimos anos, tem sido amplamente utilizado na detecção de ondas gravitacionais, liDAR, detecção distribuída, comunicação óptica coerente de alta velocidade e outros campos, que é uma "missão" que não pode ser concluída apenas melhorando a potência do laser.

Realização e aplicação de laser de largura de linha estreita

Limitado pela largura de linha de ganho inerente da substância de trabalho do laser, é quase impossível realizar diretamente a saída do laser de largura de linha estreita contando com o próprio oscilador tradicional. Para realizar a operação do laser de largura de linha estreita, geralmente é necessário usar filtros, grades e outros dispositivos para limitar ou selecionar o módulo longitudinal no espectro de ganho e aumentar a diferença de ganho líquido entre os modos longitudinais, de modo que haja algumas ou mesmo apenas uma oscilação de modo longitudinal no ressonador de laser. Nesse processo, muitas vezes é necessário controlar a influência do ruído na saída do laser e minimizar o alargamento das linhas espectrais causado pela vibração e mudanças de temperatura do ambiente externo; Ao mesmo tempo, também pode ser combinado com a análise da densidade espectral do ruído de fase ou frequência para entender a fonte do ruído e otimizar o design do laser, de modo a obter uma saída estável do laser de largura de linha estreita.

Vamos dar uma olhada na realização da operação de largura de linha estreita de várias categorias diferentes de lasers.

1) Laser semicondutor

Os lasers semicondutores têm as vantagens de tamanho compacto, alta eficiência, longa vida útil e benefícios econômicos.

O ressonador óptico Fabry-Perot (FP) usado em lasers semicondutores tradicionais geralmente oscila no modo multilongitudinal e a largura da linha de saída é relativamente larga, por isso é necessário aumentar o feedback óptico para obter a saída de largura de linha estreita.

A realimentação distribuída (DFB) e a reflexão de Bragg distribuída (DBR) são dois lasers semicondutores de realimentação óptica internos típicos. Suas estruturas e espectros de saída são mostrados na FIG. 5. Devido ao pequeno passo de grade e boa seletividade de comprimento de onda, é fácil obter uma saída estável de largura de linha estreita de frequência única. A principal diferença entre as duas estruturas é a posição da grade: a estrutura DFB geralmente distribui a estrutura periódica da grade de Bragg por todo o ressonador, e o ressonador do DBR é geralmente composto pela estrutura da grade de reflexão e a região de ganho integrada em a superfície final. Além disso, os lasers DFB usam grades embutidas com baixo contraste de índice de refração e baixa refletividade. Os lasers DBR usam grades de superfície com alto contraste de índice de refração e alta refletividade. Ambas as estruturas possuem uma grande faixa espectral livre e podem realizar ajuste de comprimento de onda sem salto de modo na faixa de alguns nanômetros, onde o laser DBR tem uma faixa de ajuste mais ampla que o laser DFB.

Além disso, a tecnologia de feedback óptico de cavidade externa, que usa elementos ópticos externos para realimentar a luz de saída do chip do laser semicondutor e selecionar a frequência, também pode realizar a operação de largura de linha estreita do laser semicondutor.

2) Lasers de fibra

Os lasers de fibra têm alta eficiência de conversão de bomba, boa qualidade de feixe e alta eficiência de acoplamento, que são tópicos de pesquisa importantes no campo do laser. No contexto da era da informação, os lasers de fibra têm boa compatibilidade com os sistemas de comunicação de fibra óptica existentes no mercado. O laser de fibra de frequência única com as vantagens de largura de linha estreita, baixo ruído e boa coerência tornou-se uma das direções importantes de seu desenvolvimento.

A operação de modo longitudinal único é o núcleo do laser de fibra para obter saída de largura de linha estreita, geralmente de acordo com a estrutura do ressonador do laser de fibra de frequência única pode ser dividido em tipo DFB, tipo DBR e tipo anel. Entre eles, o princípio de funcionamento dos lasers de fibra de frequência única DFB e DBR é semelhante ao dos lasers semicondutores DFB e DBR.

O laser de fibra DFB é para gravar a grade de Bragg distribuída na fibra. Como o comprimento de onda de trabalho do oscilador é afetado pelo período da fibra, o modo longitudinal pode ser selecionado pelo feedback distribuído da grade. O ressonador do laser DBR é geralmente formado por um par de redes de Bragg de fibra, e o modo longitudinal único é selecionado principalmente pelas redes de Bragg de banda estreita e baixa refletividade. No entanto, devido ao seu ressonador longo, estrutura complexa e falta de mecanismo de discriminação de frequência eficaz, a cavidade em forma de anel é propensa a saltos de modo e é difícil trabalhar de forma estável no modo longitudinal constante por um longo tempo.

3) Laser de estado sólido

Em 1960, o primeiro laser de rubi do mundo era um laser de estado sólido, caracterizado por uma alta energia de saída e uma cobertura de comprimento de onda mais ampla. A estrutura espacial exclusiva do laser de estado sólido o torna mais flexível no projeto de saída de largura de linha estreita. Atualmente, os principais métodos implementados incluem o método de cavidade curta, método de cavidade de anel unidirecional, método padrão de intracavidade, método de cavidade de modo de pêndulo de torção, método de grade de Bragg de volume e método de injeção de sementes.

Informações de contato:

Se você tiver alguma ideia, sinta-se à vontade para falar conosco. Não importa onde nossos clientes estejam e quais sejam nossos requisitos, seguiremos nosso objetivo de fornecer aos nossos clientes alta qualidade, preços baixos e o melhor serviço.