هل تعرف تقنية الليزر ذات الخط الضيق؟

ما رأيك عندما تفكر في الليزر؟ أ  سيف الليزر بقلم الجنرال جريفوس في حرب النجوم؟ أو إحدى قنوات الليزر القاتلة من Resident Evil؟ أو عيون سكوت بالليزر من X-Men يمكن أن تحرق كل شيء؟ غالبًا ما تظهر هذه "الليزر" ، كما هي معروفة ، في بعض أعمال الخيال العلمي في شكل طاقة عالية وطاقة عالية ، مما يدل على قوة عظمى (انظر الشكل 1).

في الحياة الواقعية ، تسلل الليزر أيضًا إلى العديد من الصناعات ، من المجالات الطبية مثل التجميل بالليزر وعلاج قصر النظر إلى مجالات التصنيع الصناعية مثل النقش بالليزر والقطع واللحام ، بالإضافة إلى المجالات العلمية المتطورة مثل الكشف عن الرادار والمجهرية التصوير والاتصالات الكمومية التي ظهرت في السنوات الأخيرة. في الوقت الحاضر ، قدمت تكنولوجيا الليزر مساهمات بارزة في تعزيز تطوير أمن الدفاع الوطني ، والطب الحيوي ، والتصنيع الذكي ، والمعلومات.

ومع ذلك ، هل الليزر الذي نحتاجه جميعًا بحاجة إلى قوة عالية و "فتك" كبير كما هو موضح في الفيلم؟

بادئ ذي بدء ، علينا أن ننظر إلى الخصائص الأساسية لليزر المختلفة عن مصدر الضوء التقليدي ، كما هو موضح في الشكل 2 ، ذكرنا سابقًا في أعمال السينما والتلفزيون أن الليزر له خصائص قوية ، تتناسب عادةً مع السطوع (الطاقة ) من الليزر ، ولكن أيضا يعكس الليزر له خصائص اتجاهية جيدة.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن أحادية اللون والتماسك هما أيضًا محور الاهتمام. عادةً ما يكون الضوء المنبعث من مصدر الضوء العادي مختلفًا في التردد ، لذلك فهو يحتوي على مجموعة متنوعة من الألوان ، والفوتونات المختلفة المنبعثة من الليزر لها نفس التردد ، لذلك فهو مصدر ضوء أحادي اللون ممتاز جدًا. ليس ذلك فحسب ، نظرًا لأن فوتونات إشعاع الليزر المُثارة متسقة في الطور ، فهناك علاقة طور ثابتة بين النقاط الموجودة على المقطع العرضي لشعاع الليزر تحت تأثير الرنان ، مقارنةً بمصدر الضوء العادي ، وهو التماسك الليزر ممتاز أيضًا. بالاقتران مع خصائص الليزر أحادية اللون والتماسك الممتازة ، حتى إذا لم تكن هناك "هالة" عالية الطاقة من كيلووات و 10 ، 000 واط ، فلا يزال من الممكن استخدام الليزر على نطاق واسع في التكنولوجيا الطيفية والقياس البصري ومجالات أخرى.

تختلف خصائص الليزر عن مصادر الضوء التقليدية

اليوم ، سنقدم ليزر "أحادي اللون" إلى الليزر الضيق للغاية ذي النطاق العريض. يسد ظهوره الفجوات في العديد من مجالات تطبيق الليزر ، وفي السنوات الأخيرة تم استخدامه على نطاق واسع في اكتشاف موجات الجاذبية ، و liDAR ، والاستشعار الموزع ، والاتصال البصري المترابط عالي السرعة ، وغيرها من المجالات ، وهي "مهمة" لا يمكنها تكتمل فقط من خلال تحسين قوة الليزر.

تحقيق وتطبيق ليزر ذو عرض خطي ضيق

مقيدًا بعرض خط الكسب المتأصل لمادة عمل الليزر ، يكاد يكون من المستحيل تحقيق ناتج الليزر ذي النطاق الضيق من خلال الاعتماد على المذبذب التقليدي نفسه. من أجل تحقيق تشغيل ليزر عرض خطي ضيق ، من الضروري عادة استخدام المرشحات ، والحواجز الشبكية ، وغيرها من الأجهزة للحد أو تحديد المعامل الطولي في طيف الكسب وزيادة صافي فرق الكسب بين الأوضاع الطولية ، بحيث يكون هناك عدد قليل أو حتى واحد فقط من التذبذب في الوضع الطولي في مرنان الليزر. في هذه العملية ، غالبًا ما يكون من الضروري التحكم في تأثير الضوضاء على خرج الليزر ، وتقليل اتساع الخطوط الطيفية الناتجة عن الاهتزازات وتغيرات درجة الحرارة في البيئة الخارجية ؛ في الوقت نفسه ، يمكن أيضًا دمجها مع تحليل الكثافة الطيفية لضوضاء الطور أو التردد لفهم مصدر الضوضاء وتحسين تصميم الليزر ، وذلك لتحقيق إخراج ثابت لليزر ذي عرض خطي ضيق.

دعنا نلقي نظرة على تحقيق عملية عرض خطي ضيق لعدة فئات مختلفة من الليزر.

1) ليزر أشباه الموصلات

تتميز ليزر أشباه الموصلات بمزايا الحجم الصغير والكفاءة العالية والعمر الطويل والفوائد الاقتصادية.

يتأرجح الرنان البصري Fabry-Perot (FP) المستخدم في ليزر أشباه الموصلات التقليدي بشكل عام في الوضع متعدد الطولي ، ويكون عرض خط الإخراج عريضًا نسبيًا ، لذلك من الضروري زيادة التغذية الراجعة البصرية للحصول على ناتج عرض خط ضيق.

التغذية المرتدة الموزعة (DFB) وانعكاس Bragg الموزع (DBR) هما نوعان من أنواع الليزر الداخلية النموذجية لأشباه الموصلات ذات التغذية الراجعة البصرية. تظهر هياكلها وأطياف الإخراج في الشكل. 5. بفضل درجة الحزوز الصغيرة والانتقائية الجيدة في الطول الموجي ، فإنه من السهل تحقيق خرج ثابت بعرض الخط الضيق بتردد واحد. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الهيكلين في موضع الشبكة: عادةً ما يوزع هيكل DFB الهيكل الدوري لشبكة Bragg في جميع أنحاء الرنان ، ويتكون مرنان DBR عادةً من هيكل محزوز الانعكاس ومنطقة الكسب المدمجة في السطح النهائي. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم ليزر DFB حواجز شبكية مدمجة مع تباين معامل انكسار منخفض وانعكاسية منخفضة. تستخدم ليزر DBR حواجز شبكية سطحية ذات تباين عالٍ في معامل الانكسار وانعكاسية عالية. يتمتع كلا الهيكلين بنطاق طيفي مجاني كبير ويمكنهما إجراء ضبط الطول الموجي بدون قفزة نمطية في نطاق بضعة نانومترات ، حيث يتمتع ليزر DBR بمدى ضبط أوسع من ليزر DFB.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لتقنية التغذية المرتدة الضوئية الخارجية ، التي تستخدم عناصر بصرية خارجية لتغذية الضوء الخارج لشريحة ليزر أشباه الموصلات وتحديد التردد ، أن تحقق أيضًا عملية عرض خطي ضيق لليزر أشباه الموصلات.

2) ألياف الليزر

تتمتع الليزرات الليفية بكفاءة تحويل عالية للمضخة وجودة شعاع جيدة وكفاءة اقتران عالية ، وهي موضوعات بحثية ساخنة في مجال الليزر. في سياق عصر المعلومات ، تتمتع الليزرات الليفية بتوافق جيد مع أنظمة اتصالات الألياف الضوئية الحالية في السوق. أصبح ليزر الألياف أحادي التردد مع مزايا عرض الخط الضيق والضوضاء المنخفض والتماسك الجيد أحد الاتجاهات المهمة لتطويره.

إن عملية الوضع الطولي الفردي هي جوهر ليزر الألياف لتحقيق خرج بعرض خط ضيق ، وعادة ما يتم تقسيمه وفقًا لهيكل مرنان ليزر الألياف أحادي التردد إلى نوع DFB ونوع DBR ونوع الحلقة. من بينها ، مبدأ عمل ليزر الألياف أحادية التردد DFB و DBR مشابه لمبدأ ليزر أشباه الموصلات DFB و DBR.

ليزر ألياف DFB هو كتابة مقضب Bragg الموزع في الألياف. نظرًا لأن طول موجة العمل للمذبذب يتأثر بفترة الألياف ، يمكن تحديد الوضع الطولي من خلال التغذية الراجعة الموزعة للشبكة. عادةً ما يتم تشكيل مرنان الليزر الخاص بليزر DBR بواسطة زوج من حواجز شبكية من الألياف Bragg ، ويتم اختيار الوضع الطولي الفردي بشكل أساسي عن طريق النطاق الضيق وشبكات الألياف Bragg ذات الانعكاس المنخفض. ومع ذلك ، نظرًا لطول مرنانها ، وهيكلها المعقد ، وعدم وجود آلية فعالة لتمييز التردد ، فإن التجويف ذي الشكل الحلقي يكون عرضة لقفز النمط ، ومن الصعب العمل بثبات في الوضع الطولي المستمر لفترة طويلة.

3) ليزر الحالة الصلبة

في عام 1960 ، كان أول ليزر ياقوت في العالم هو ليزر الحالة الصلبة ، ويتميز بطاقة خرج عالية وتغطية طول موجي أوسع. الهيكل المكاني الفريد لليزر الحالة الصلبة يجعله أكثر مرونة في تصميم إخراج عرض خطي ضيق. في الوقت الحاضر ، تشمل الطرق الرئيسية المطبقة طريقة التجويف القصير ، طريقة التجويف الدائري أحادي الاتجاه ، طريقة التجويف المعياري داخل التجويف ، طريقة تجويف وضع البندول الالتوائي ، طريقة مقضب Bragg الحجمي ، وطريقة حقن البذور.

معلومات الاتصال:

إذا كانت لديك أية أفكار ، فلا تتردد في التحدث إلينا. بغض النظر عن مكان وجود عملائنا ومتطلباتنا ، سوف نتبع هدفنا لتزويد عملائنا بجودة عالية وأسعار منخفضة وأفضل خدمة.