Bạn Có Biết Công Nghệ Laser Chiều Rộng Đường Thu Hẹp Không?

Bạn nghĩ gì khi bạn nghĩ về laser? MỘT  cầm kiếm laze của Tướng Grievous trong Chiến tranh giữa các vì sao? Hay một trong những kênh laser chết người từ Resident Evil? Hay đôi mắt laze của Scott từ X-Men có thể đốt cháy mọi thứ? Những "tia laze" này, như chúng được biết, thường xuất hiện trong một số tác phẩm khoa học viễn tưởng dưới dạng công suất lớn và năng lượng cao, thể hiện sức mạnh to lớn (xem Hình 1).

Trong thực tế, laser cũng đã len lỏi vào nhiều ngành công nghiệp, từ các lĩnh vực y tế như thẩm mỹ bằng laser và điều trị cận thị đến các lĩnh vực sản xuất công nghiệp như đánh dấu, cắt và hàn bằng laser, cũng như các lĩnh vực khoa học tiên tiến như phát hiện radar, kính hiển vi. hình ảnh và truyền thông lượng tử đã xuất hiện trong những năm gần đây. Hiện nay, công nghệ laser đã có những đóng góp nổi bật trong việc thúc đẩy sự phát triển của quốc phòng, an ninh, y sinh, sản xuất thông minh và thông tin.

Tuy nhiên, có phải tất cả các tia laser mà chúng ta sử dụng đều cần phải có công suất cao và độ "sát thương" lớn như trong phim?

Trước hết, chúng ta phải xem xét các đặc điểm cơ bản của tia laser khác với nguồn sáng truyền thống, như trong Hình 2, chúng tôi đã đề cập trước đó trong các tác phẩm điện ảnh và truyền hình, tia laser có các đặc điểm mạnh mẽ, thường tỷ lệ thuận với độ sáng (công suất ) của tia laser, mà còn phản xạ tia laser có đặc tính định hướng tốt.

Ngoài ra, tính đơn sắc và mạch lạc cũng là tâm điểm của sự chú ý. Ánh sáng do nguồn sáng thông thường phát ra thường có tần số khác nhau nên chứa nhiều màu sắc khác nhau và các photon khác nhau do tia laser phát ra có cùng tần số nên nó là nguồn sáng đơn sắc rất tuyệt vời. Không chỉ vậy, do các photon bức xạ kích thích của tia laser nhất quán về pha, nên có một mối quan hệ pha cố định giữa các điểm trên mặt cắt ngang của chùm tia laze dưới tác dụng của bộ cộng hưởng, do đó so với nguồn sáng thông thường, sự kết hợp của laser cũng là tuyệt vời. Kết hợp với các đặc tính đơn sắc và kết hợp tuyệt vời của laze, ngay cả khi không có "vầng hào quang" công suất cao kilowatt và 10000 oát, laze vẫn có thể được sử dụng rộng rãi trong công nghệ quang phổ, đo lường quang học và các lĩnh vực khác.

Đặc điểm của tia laser khác với nguồn sáng truyền thống

Hôm nay, chúng tôi sẽ giới thiệu một loại laser "đơn sắc" cực mạnh - laser băng thông hẹp. Sự xuất hiện của nó lấp đầy khoảng trống trong nhiều lĩnh vực ứng dụng của laser và trong những năm gần đây đã được sử dụng rộng rãi trong phát hiện sóng hấp dẫn, liDAR, cảm biến phân tán, truyền thông quang kết hợp tốc độ cao và các lĩnh vực khác, đây là một "sứ mệnh" không thể chỉ được hoàn thành bằng cách cải thiện năng lượng laser.

Hiện thực hóa và ứng dụng laser băng thông hẹp

Bị giới hạn bởi độ rộng đường truyền khuếch đại vốn có của chất làm việc của laser, gần như không thể nhận ra trực tiếp đầu ra của laser băng thông hẹp bằng cách dựa vào chính bộ tạo dao động truyền thống. Để nhận ra hoạt động của laser băng thông hẹp, thường cần sử dụng các bộ lọc, cách tử và các thiết bị khác để hạn chế hoặc chọn mô đun dọc trong phổ khuếch đại và tăng chênh lệch mức tăng thực giữa các chế độ dọc, sao cho có một vài hoặc thậm chí chỉ một dao động chế độ dọc trong bộ cộng hưởng laser. Trong quá trình này, thường cần phải kiểm soát ảnh hưởng của nhiễu đối với đầu ra laser và giảm thiểu việc mở rộng các vạch quang phổ do sự thay đổi rung động và nhiệt độ của môi trường bên ngoài; Đồng thời, nó cũng có thể được kết hợp với việc phân tích mật độ phổ nhiễu pha hoặc tần số để hiểu nguồn gốc của nhiễu và tối ưu hóa thiết kế của laser, để đạt được đầu ra ổn định của laser băng thông hẹp.

Chúng ta hãy xem việc thực hiện hoạt động băng thông hẹp của một số loại laser khác nhau.

1) Laser bán dẫn

Laser bán dẫn có ưu điểm là kích thước nhỏ gọn, hiệu quả cao, tuổi thọ cao và lợi ích kinh tế.

Bộ cộng hưởng quang học Fabry-Perot (FP) được sử dụng trong laser bán dẫn truyền thống thường dao động ở chế độ đa chiều dọc và độ rộng của dòng đầu ra tương đối rộng, do đó cần phải tăng phản hồi quang học để thu được đầu ra có độ rộng đường hẹp.

Phản hồi phân tán (DFB) và phản xạ Bragg phân tán (DBR) là hai laser bán dẫn phản hồi quang học bên trong điển hình. Cấu trúc và phổ đầu ra của chúng được thể hiện trên FIG. 5. Do khoảng cách cách tử nhỏ và độ chọn lọc bước sóng tốt, nên dễ dàng đạt được đầu ra có độ rộng đường hẹp tần số đơn ổn định. Sự khác biệt chính giữa hai cấu trúc là vị trí của cách tử: cấu trúc DFB thường phân phối cấu trúc định kỳ của cách tử Bragg trong toàn bộ bộ cộng hưởng và bộ cộng hưởng của DBR thường bao gồm cấu trúc cách tử phản xạ và vùng khuếch đại được tích hợp vào bề mặt cuối. Ngoài ra, laser DFB sử dụng các cách tử nhúng có độ tương phản chiết suất thấp và hệ số phản xạ thấp. Laser DBR sử dụng các cách tử bề mặt có độ tương phản chiết suất cao và hệ số phản xạ cao. Cả hai cấu trúc đều có dải phổ tự do lớn và có thể thực hiện điều chỉnh bước sóng mà không cần nhảy chế độ trong phạm vi vài nanomet, trong đó laser DBR có dải điều chỉnh rộng hơn so với laser DFB.

Ngoài ra, công nghệ phản hồi quang học khoang bên ngoài, sử dụng các phần tử quang học bên ngoài để phản hồi ánh sáng đi ra của chip laser bán dẫn và chọn tần số, cũng có thể nhận ra hoạt động băng thông hẹp của laser bán dẫn.

2) Laser sợi quang

Laser sợi quang có hiệu suất chuyển đổi bơm cao, chất lượng chùm tia tốt và hiệu suất ghép cao, đây là những chủ đề nghiên cứu nóng trong lĩnh vực laser. Trong bối cảnh thời đại thông tin, laser sợi quang có khả năng tương thích tốt với các hệ thống thông tin liên lạc sợi quang hiện tại trên thị trường. Laser sợi quang đơn tần với ưu điểm là độ rộng đường hẹp, độ ồn thấp và độ kết hợp tốt đã trở thành một trong những hướng phát triển quan trọng của nó.

Hoạt động ở chế độ dọc đơn là cốt lõi của laser sợi quang để đạt được đầu ra có độ rộng đường hẹp, thường theo cấu trúc của bộ cộng hưởng của laser sợi quang tần số đơn có thể được chia thành loại DFB, loại DBR và loại vòng. Trong số đó, nguyên lý hoạt động của laser sợi quang đơn tần DFB và DBR tương tự như nguyên lý hoạt động của laser bán dẫn DFB và DBR.

Laser sợi quang DFB là ghi cách tử Bragg phân tán vào sợi quang. Do bước sóng làm việc của bộ tạo dao động bị ảnh hưởng bởi chu kỳ sợi, chế độ dọc có thể được chọn bằng phản hồi phân tán của cách tử. Bộ cộng hưởng laser của laser DBR thường được hình thành bởi một cặp cách tử sợi Bragg và chế độ dọc đơn chủ yếu được chọn bởi cách tử sợi Bragg dải hẹp và độ phản xạ thấp. Tuy nhiên, do bộ cộng hưởng dài, cấu trúc phức tạp và thiếu cơ chế phân biệt tần số hiệu quả, khoang hình vòng dễ bị nhảy chế độ và khó hoạt động ổn định ở chế độ dọc liên tục trong thời gian dài.

3) Laser trạng thái rắn

Năm 1960, laser hồng ngọc đầu tiên trên thế giới là laser trạng thái rắn, được đặc trưng bởi năng lượng đầu ra cao và vùng phủ bước sóng rộng hơn. Cấu trúc không gian độc đáo của laser trạng thái rắn giúp nó linh hoạt hơn trong việc thiết kế đầu ra băng thông hẹp. Hiện tại, các phương pháp chính được triển khai bao gồm phương pháp khoang ngắn, phương pháp khoang vòng một chiều, phương pháp tiêu chuẩn bên trong khoang, phương pháp khoang chế độ con lắc xoắn, phương pháp cách tử Bragg thể tích và phương pháp tiêm hạt.

Thông tin liên lạc:

Nếu bạn có bất kỳ ý tưởng nào, vui lòng nói chuyện với chúng tôi. Bất kể khách hàng của chúng tôi ở đâu và yêu cầu của chúng tôi là gì, chúng tôi sẽ làm theo mục tiêu của mình để cung cấp cho khách hàng chất lượng cao, giá thấp và dịch vụ tốt nhất.