Бүгінгі күнге дейін тар сызықты лазерлердің дамуында лазерлік кері байланыс механизмдерінің эволюциясы лазерлік резонатор құрылымдарының эволюциясымен синоним болды. Төменде лазерлік резонаторлардың эволюциясы ретімен тар сызықты лазерлік технологиялардың әртүрлі конфигурациялары енгізілген.
Бір негізгі қуысты лазерлерді құрылымдық жағынан сызықтық қуыстарға және сақина қуыстарға, ал қуыс ұзындығы бойынша қысқа және ұзын қуысты құрылымдарға бөлуге болады. Қысқа қуысты лазерлерде бойлық режимдердің үлкен аралығы бар, бұл бір бойлық режим (SLM) жұмысына қол жеткізу үшін тиімдірек, бірақ кең ішкі қуыс сызығының енінен және шуды басу қиындығынан зардап шегеді. Ұзын қуыс құрылымдары тар сызықтық сипаттамаларға ие және икемді конфигурациялары бар әртүрлі оптикалық құрылғыларды біріктіруге мүмкіндік береді; дегенмен, олардың техникалық қиындығы тым аз бойлық режим аралығына байланысты SLM жұмысына қол жеткізуде жатыр.
Лазерлік негізгі қуыстардың классикалық конфигурациясы ретінде сызықтық қуыс қарапайым құрылым, жоғары тиімділік және оңай манипуляция сияқты артықшылықтарға ие. Тарихи тұрғыдан алғанда, алғашқы шынайы лазер сәулесі F-P сызықтық қуыс құрылымын қолдану арқылы жасалған. Ғылым мен технологияның кейінгі жетістіктерімен F-P құрылымы жартылай өткізгіш лазерлерде, талшықты лазерлерде және қатты күйдегі лазерлерде кеңінен қолданылды.
Сақина қуысы оптикалық сигналдардың циклдік күшейтілуіне қол жеткізу үшін тұрақты толқын өрістерін қозғалатын толқындармен ауыстыру арқылы сызықтық қуыстардың кеңістіктік саңылауларды жағу кемшілігін жеңетін классикалық сызықтық қуыстың модификациясы болып табылады. Талшықты-оптикалық құрылғылардың дамуының арқасында икемді толық талшықты құрылымдары бар талшықты лазерлер үлкен назар аударды және соңғы екі онжылдықта лазерлердің ең жылдам дамып келе жатқан санатына айналды.
Жазық емес сақиналы осциллятор (NPRO) лазерлері арнайы қозғалатын толқынды лазер конфигурациясын білдіреді. Әдетте, мұндай лазерлердің негізгі қуысы монолитті кристалдан тұрады, ол бір бағытты лазер жұмысын жүзеге асыру үшін кристалдың соңғы бетінің шағылысуы және сыртқы магнит өрісі арқылы лазердің поляризация күйін реттейді. Бұл дизайн лазерлік резонатордың жылу жүктемесін айтарлықтай азайтады, толқын ұзындығы мен қуатта ерекше тұрақтылықты қамтамасыз етеді және тар сызық ені сипаттамаларына ие.
Шамадан тыс қысқа қуыс ұзындығы және жоғары ішкі жоғалту сияқты факторлармен шектелген, қуыс ішілік кері байланысқа негізделген F-P сызықтық қуысты бір қуысты лазерлік конфигурациялар фотондардың әрекеттесу уақытының шектелуінен және күшейту ортасынан өздігінен шығарылатын сәулеленуді жоюдағы қиындықтардан зардап шегеді. Бұл мәселені шешу үшін зерттеушілер бірыңғай сыртқы қуыс кері байланыс конфигурациясын ұсынды. Сыртқы қуыс фотондардың өзара әрекеттесу уақытын ұзарту және сүзілген фотондарды негізгі қуысқа қайтару, осылайша лазер өнімділігін оңтайландыру және сызық енін қысу функциясын орындайды. Литтроу және Литтман конфигурациялары сияқты кеңістіктік оптикаға негізделген ертерек қарапайым сыртқы қуыс құрылымдары тазартылған лазер сигналдарын лазердің негізгі қуысына қайта енгізу үшін торлардың спектрлік дисперсиялық мүмкіндігін пайдаланады, сызық енін қысу үшін негізгі қуысқа жиілікті тартады. Бұл жалғыз сыртқы қуысты құрылым кейінірек талшықты лазерлер мен жартылай өткізгіш лазерлерге кеңейтілді.
Жалғыз сыртқы қуысты кері байланыс лазерінің конфигурацияларының техникалық мәселесі сыртқы қуыс пен негізгі қуыс арасындағы фазалық сәйкестікте жатыр. Зерттеулер сыртқы қуысты кері байланыс сигналының кеңістіктік фазасы лазер шегін, жиілігін және салыстырмалы шығыс қуатын анықтау үшін өте маңызды екенін көрсетті, ал лазердің бойлық режимдері кері байланыс сигналының қарқындылығы мен фазасына өте сезімтал.
DBR лазер конфигурациясы
Лазерлік жүйелердің тұрақтылығын арттыру және толқын ұзындығы бойынша таңдамалы құрылғыларды негізгі қуыс құрылымына біріктіру үшін DBR конфигурациясы әзірленді. F-P резонаторы негізінде жасалған DBR резонаторы оптикалық кері байланысты қамтамасыз ету үшін F-P құрылымының айналарын мерзімді пассивті Bragg құрылымдарымен ауыстырады. Брегг құрылымының лазерлік кедергі режимдеріне мерзімді тарақпен сүзу әсерінің арқасында DBR негізгі қуысы сүзгілеу сипаттамаларына ие. Қысқа қуысты құрылым беретін үлкен бойлық режим аралығымен үйлескенде SLM жұмысына оңай қол жеткізіледі. Периодтық Брегг құрылымы бастапқыда тек қана толқын ұзындығын таңдауға арналған болса да, қуыс-құрылым тұрғысынан, ол сонымен қатар кері байланыс беттерінің саны артқан бір қуысты құрылымның эволюциясын білдіреді.
Күту ортасы бойынша жіктелген DBR лазерлеріне жартылай өткізгіш лазерлер мен талшықты лазерлер жатады. Жартылай өткізгішті лазерлердің жартылай өткізгіш материалдармен және микро-нано өңдеу технологияларымен үйлесімділікте табиғи артықшылығы бар. Жартылай өткізгішті өндірудің көптеген процестері, мысалы, қайталама эпитаксия, химиялық буларды тұндыру, қадамдық фотолитография, наноимпринтинг, электронды сәулелену және ионды өрнектеу, жартылай өткізгіш лазерлерді зерттеу мен өндіруге тікелей қолданылуы мүмкін.
DBR талшықты лазерлері DBR жартылай өткізгіш лазерлеріне қарағанда кейінірек пайда болды, негізінен талшықты толқындық өңдеуді және жоғары концентрациялы мультидопингтік технологияларды дамытумен шектелді. Қазіргі уақытта талшықты толқын өткізгіштерді жасаудың кең таралған әдістеріне оттегі ақауларының фазасын бүркемелеу және фемтосекундтық лазерлік өңдеу кіреді, ал жоғары концентрациялы талшықты қоспалау технологиялары өзгертілген химиялық бу тұндыруын (MCVD) және беттік плазмалық химиялық булардың тұндырылуын (SCVD) қамтиды.
Bragg торларына негізделген тағы бір резонатор құрылымы DFB конфигурациясы болып табылады. DFB лазерінің негізгі қуысы Брагг құрылымын белсенді аймақпен біріктіреді және толқын ұзындығын таңдау үшін құрылымның орталығында фазалық ауысу аймағын енгізеді. 3(b)-суретте көрсетілгендей, бұл конфигурация интеграцияның және құрылымдық бірліктің жоғары дәрежесіне ие және DBR құрылымдарындағы қатты толқын ұзындығының ауытқуы және режимнің секіруі сияқты мәселелерді жеңілдетеді, бұл оны қазіргі кезеңдегі ең тұрақты және практикалық лазерлік конфигурацияға айналдырады.
DFB лазерлерінің техникалық қиындығы торлы құрылымдарды жасауда жатыр. DBR жартылай өткізгіш лазерлерінде торды жасаудың екі негізгі әдісі бар: қайталама эпитаксия және беттік ою. Қайта өскен торлы кері байланыс (RGF)-DFB жартылай өткізгіш лазерлері белсенді аймақта сыну көрсеткіші төмен торлар жинағын өсіру үшін қайталама эпитаксия мен фотолитографияны пайдаланады. Бұл әдіс жоғары Q резонаторларын жасауды жеңілдете отырып, аз шығынмен белсенді қабат құрылымын сақтайды. Беттік тор (SG)-DFB жартылай өткізгіш лазерлері белсенді аймақтың бетіндегі тор қабатын тікелей оюды қамтиды. Бұл тәсіл күрделірек, белсенді аймақ материалы мен қоспа иондарына сәйкес дәл реттеуді қажет етеді және жоғары шығынды көрсетеді, бірақ күшті оптикалық шектеуді және жоғары режимді басу мүмкіндігін ұсынады.
DBR талшықты лазерлері сияқты, DFB талшықты лазерлері талшықты толқын өткізгіштерді өңдеудегі және жоғары концентрациялы легирленген талшықты технологиялардағы жетістіктерге сүйенеді. DBR талшықты лазерлерімен салыстырғанда, DFB талшықты лазерлері сирек жер иондарының толқын ұзындығын сіңіру сипаттамаларына байланысты торды жасауда үлкен қиындықтар тудырады.
DFB және DBR сияқты қысқа қуысты негізгі қуысты лазерлердің қуыс ішіндегі фотондардың әрекеттесу уақыты шектеулі, бұл терең сызық енін қысуды қиындатады. Желінің енін әрі қарай қысу және шуды басу үшін мұндай қысқа қуысты негізгі қуыс конфигурациялары өнімділікті оңтайландыру үшін жиі сыртқы қуыс құрылымдарымен біріктіріледі. Жалпы сыртқы қуысты құрылымдарға кеңістіктік сыртқы қуыстар, талшықты сыртқы қуыстар және толқын өткізгіш сыртқы қуыстар жатады. Талшықты-оптикалық құрылғылар мен толқын өткізгіш құрылымдардың дамуына дейін сыртқы қуыстар негізінен дискретті оптикалық компоненттермен біріктірілген кеңістіктік оптикадан құралған. Олардың ішінде торға негізделген кеңістіктік сыртқы кері байланыс құрылымдары негізінен Литтроу және Литтман конструкцияларын қабылдайды, олар әдетте лазерлік күшейту қуысынан, байланыс линзаларынан және дифракциялық тордан тұрады. Тор кері байланыс элементі ретінде толқын ұзындығын реттеуге, режимді таңдауға және сызық енін қысуға мүмкіндік береді.
Сонымен қатар, кеңістіктік сыртқы қуысты кері байланыс құрылымдары F-P эталондары, акусто-оптикалық/электро-оптикалық реттелетін сүзгілер және интерферометрлер сияқты бірқатар оптикалық сүзгі құрылғыларын қамтуы мүмкін. Бұл сүзгі құрылғылары режимді таңдау мүмкіндіктеріне ие және торларды ауыстыра алады; кейбір жоғары Q F-P эталондары спектрлік тарылту және сызық енін қысу кезінде шағылыстыратын торлардан да асып түседі.
Талшықты-оптикалық құрылғы технологиясының дамуымен кеңістіктік оптикалық құрылымдарды жоғары интеграцияланған, берік талшықты толқын өткізгіштермен немесе талшықты құрылғылармен ауыстыру лазерлік жүйе тұрақтылығын жақсартудың тиімді стратегиясы болып табылады. Талшықты сыртқы қуыстар әдетте жоғары интеграцияны, техникалық қызмет көрсетудің қарапайымдылығын және кедергілерге күшті иммунитетті ұсынатын толық талшықты құрылымды қалыптастыру үшін талшық құрылғыларын біріктіру арқылы жасалады. Талшықты сыртқы қуысты кері байланыс құрылымдары қарапайым талшықты ілмекті кері байланыс немесе толық талшықты резонаторлар, FBGs, талшықты F-P қуыстары және WGM резонаторлары болуы мүмкін.
Біріктірілген толқын өткізгіш сыртқы қуысты кері байланыс құрылымдары бар тар сызықты ені бар лазерлер қаптаманың кішірек өлшеміне және тұрақты жұмысына байланысты кеңінен назар аударды. Негізінде, толқын өткізгіштік сыртқы қуысты кері байланыс талшықты сыртқы қуыс кері байланысымен бірдей техникалық принциптерді ұстанады, бірақ жартылай өткізгіш материалдар мен микро-нано өңдеу технологияларының алуан түрлілігі ықшам әрі тұрақты лазерлік жүйелерге мүмкіндік береді, бұл толқын өткізгіш сыртқы қуысты кері байланыс тар сызықты лазерлердің практикалық мүмкіндіктерін арттырады. Кеңінен қолданылатын жартылай өткізгіш лазерлік материалдарға Si, Si₃N₄ және III-V қосылыстары жатады.
Оптоэлектрондық тербеліс лазерінің конфигурациясы арнайы кері байланыс лазерінің архитектурасы болып табылады, мұнда кері байланыс сигналы әдетте электрлік сигнал немесе бір мезгілде оптоэлектрондық кері байланыс болып табылады. Лазерлерге қолданылатын ең ерте оптоэлектрондық кері байланыс технологиясы қуыс ұзындығын реттеу және лазер жиілігін жоғары Q резонаторлық режимдері және суық атомды сіңіру сызықтары сияқты анықтамалық спектрлерге бекіту үшін электрлік теріс кері байланысты пайдаланатын PDH жиілігін тұрақтандыру әдісі болды. Теріс кері байланысты реттеу арқылы лазерлік резонатор нақты уақытта лазердің жұмыс күйіне сәйкес келеді, бұл жиіліктің тұрақсыздығын 10⁻¹⁷ тәртібіне дейін төмендетеді. Дегенмен, электрлік кері байланыс айтарлықтай шектеулерден зардап шегеді, соның ішінде жауап беру жылдамдығы баяу және кең схемаларды қамтитын тым күрделі серво жүйелер. Бұл факторлар жоғары техникалық қиындықтарға, қатаң бақылау дәлдігіне және лазерлік жүйелер үшін жоғары шығындарға әкеледі. Бұдан басқа, жүйенің анықтамалық көздерге қатты тәуелділігі лазер толқын ұзындығын нақты жиілік нүктелерімен қатаң шектейді, бұл оның практикалық қолданылуын одан әрі шектейді.
Copyright @ 2020 Shenzhen Box Optronics Technology Co., Ltd. - Қытай талшықты-оптикалық модульдері, талшықты қосылатын лазерлерді өндірушілер, лазерлік компоненттерді жеткізушілер Барлық құқықтар қорғалған.
