تتطلب بعض تطبيقات الليزر أن يكون لليزر عرض خطي ضيق جدًا، أي طيف ضيق. يشير الليزر ذو الخط الضيق إلى الليزر أحادي التردد، أي أن هناك وضع تجويف الرنين في قيمة الليزر، وضوضاء الطور منخفضة جدًا، وبالتالي فإن النقاء الطيفي مرتفع جدًا. عادةً ما يكون لمثل هذا الليزر ضوضاء منخفضة الكثافة.
وأهم أنواع الليزر ذو الخط الضيق هي كما يلي:
1. ليزر أشباه الموصلات، وثنائيات الليزر المرتدة الموزعة (ليزر DFB)، وليزر Bragg الانعكاسي الموزع (ليزر DBR)، هي الأكثر استخدامًا في منطقة 1500 أو 1000 نانومتر. معلمات التشغيل النموذجية هي طاقة خرج تبلغ عشرات المللي واط (أحيانًا أكبر من 100 مللي واط) وعرض خط يصل إلى عدة ميجاهرتز.
2. يمكن الحصول على خطوط عرض أضيق باستخدام ليزرات أشباه الموصلات، على سبيل المثال عن طريق تمديد المرنان بألياف أحادية الوضع تحتوي على شبكة ألياف ضيقة النطاق Bragg، أو باستخدام ليزر ديود تجويفي خارجي. باستخدام هذه الطريقة، يمكن تحقيق عرض خط ضيق جدًا يبلغ عدة كيلو هرتز أو حتى أقل من 1 كيلو هرتز.
3. يمكن لأشعة الليزر الليفية ذات التغذية الراجعة الصغيرة الموزعة (الرنانات المصنوعة من شبكات الألياف الخاصة Bragg) أن تولد قوى خرج تصل إلى عشرات المللي واط مع عرض خطوط في نطاق كيلو هرتز.
4. يمكن أيضًا أن تحصل ليزرات الجسم ذات الحالة الصلبة المضخوخة بالديود مع مرنانات حلقية غير مستوية على عرض خط يصل إلى عدة كيلو هرتز، في حين أن طاقة الخرج عالية نسبيًا، في حدود 1 وات. على الرغم من أن الطول الموجي النموذجي هو 1064 نانومتر، إلا أن مناطق الطول الموجي الأخرى مثل 1300 أو 1500 نانومتر ممكنة أيضًا.
العوامل الرئيسية التي تؤثر على عرض الخط الضيق لليزر
من أجل الحصول على ليزر ذو نطاق إشعاعي ضيق جدًا (عرض الخط)، يجب مراعاة العوامل التالية في تصميم الليزر:
أولاً، يجب تحقيق التشغيل أحادي التردد. يمكن تحقيق ذلك بسهولة باستخدام وسيلة كسب ذات نطاق ترددي صغير وتجويف ليزر قصير (مما يؤدي إلى نطاق طيفي حر كبير). يجب أن يكون الهدف هو التشغيل أحادي التردد المستقر على المدى الطويل دون التنقل بين الأوضاع.
ثانيا، يجب التقليل من تأثير الضوضاء الخارجية. وهذا يتطلب إعداد مرنان ثابت (أحادي اللون)، أو حماية خاصة ضد الاهتزازات الميكانيكية. تحتاج أجهزة الليزر التي يتم ضخها كهربائيًا إلى استخدام مصادر تيار أو جهد منخفضة الضوضاء، بينما تحتاج أجهزة الليزر التي يتم ضخها بصريًا إلى ضوضاء منخفضة الكثافة كمصدر ضوء المضخة. بالإضافة إلى ذلك، يجب تجنب جميع موجات الضوء المرتدة، على سبيل المثال باستخدام عوازل فاراداي. ومن الناحية النظرية، فإن الضوضاء الخارجية لها تأثير أقل من الضوضاء الداخلية، مثل الانبعاث التلقائي في وسط الكسب. من السهل تحقيق ذلك عندما يكون تردد الضوضاء مرتفعًا، ولكن عندما يكون تردد الضوضاء منخفضًا، يكون التأثير على عرض الخط هو الأكثر أهمية.
ثالثًا، يجب تحسين تصميم الليزر لتقليل ضوضاء الليزر، وخاصة ضوضاء الطور. يُفضل استخدام طاقة عالية داخل التجويف ومرنانات طويلة، على الرغم من صعوبة تحقيق التشغيل المستقر أحادي التردد في هذه الحالة.
يتطلب تحسين النظام فهم أهمية مصادر الضوضاء المختلفة، حيث يلزم إجراء قياسات مختلفة اعتمادًا على مصدر الضوضاء السائد. على سبيل المثال، عرض الخط المصغر وفقًا لمعادلة Schawlow-Townes لا يقلل بالضرورة من عرض الخط الفعلي إذا تم تحديد عرض الخط الفعلي بواسطة الضوضاء الميكانيكية.
خصائص الضوضاء ومواصفات الأداء.
تعد كل من خصائص الضوضاء ومقاييس الأداء لأشعة الليزر ذات العرض الضيق من المشكلات التافهة. تمت مناقشة تقنيات القياس المختلفة في مدخل Linewidth، وخاصة عروض الخطوط التي تبلغ بضعة كيلو هرتز أو أقل فهي مطلوبة. وبالإضافة إلى ذلك، فإن النظر فقط في قيمة عرض الخط لا يمكن أن يعطي جميع خصائص الضوضاء؛ فمن الضروري إعطاء طيف ضوضاء الطور الكامل، بالإضافة إلى معلومات الضوضاء ذات الكثافة النسبية. ويجب دمج قيمة عرض الخط مع وقت القياس على الأقل، أو مع معلومات أخرى تأخذ في الاعتبار انحراف التردد على المدى الطويل.
وبطبيعة الحال، فإن التطبيقات المختلفة لها متطلبات مختلفة، وما هو مستوى مؤشر أداء الضوضاء الذي يجب مراعاته في المواقف الفعلية المختلفة.
تطبيقات الليزر ذو العرض الخطي الضيق
1. تطبيق مهم جداً وهو في مجال الاستشعار مثل حساسات الألياف الضوئية للضغط أو الحرارة، واستشعار التداخلات المختلفة، واستخدام LIDAR الامتصاصي المختلف لكشف وتتبع الغاز، واستخدام Doppler LIDAR لقياس سرعة الرياح. تتطلب بعض مستشعرات الألياف الضوئية عرض خط ليزر يبلغ عدة كيلو هرتز، بينما في قياسات LIDAT، يكون عرض خط 100 كيلو هرتز كافيًا.
2. تتطلب قياسات التردد البصري خطوط عرض ضيقة جدًا للمصدر، الأمر الذي يتطلب تقنيات تثبيت لتحقيقها.
3. أنظمة اتصالات الألياف الضوئية لها متطلبات فضفاضة نسبيًا فيما يتعلق بعرض الخط، وتستخدم بشكل أساسي لأجهزة الإرسال أو للكشف أو القياس.
Copyright @ 2020 Shenzhen Box Optronics Technology Co.، Ltd. - الصين وحدات الألياف البصرية ، مصنعي الليزر المقترن بالألياف ، موردو مكونات الليزر ، جميع الحقوق محفوظة.
