SebuahLaser linewidth ultra sempit is a laser source engineered to produce a laser beam with an extremely small spectral linewidth-often in the range of a few kHz down to a few Hz. Such lasers provide highly coherent light with exceptional frequency stability, which is critical for precision applications in science, telecommunications, and sensing.
Jenis laser linewidth ultra sempit
Laser umpan balik terdistribusi (DFB) dengan rongga eksternal
Laser DFB standar yang terintegrasi dengan rongga eksternal atau elemen umpan balik untuk mengurangi linewidth .
Cocok untuk aplikasi telekomunikasi dan penginderaan yang membutuhkan perengkapan linewidth moderat .
Laser dioda rongga eksternal (ECDL)
Gunakan chip laser dioda yang digabungkan dengan kisi difraksi eksternal atau elemen selektif panjang gelombang lainnya .
Mencapai linewidths di rentang KHz ke sub-kHz .
Banyak digunakan dalam spektroskopi dan fisika atom .
Laser serat dengan linewidth ultra sempit
Memanfaatkan rongga serat panjang dengan kisi -kisi serat bragg yang sangat reflektif (FBGS) .
Berikan linewidth sempit dan daya tinggi dengan kualitas balok yang baik .
Populer di Lidar dan Sensing .
Laser solid-state frekuensi tunggal
Contohnya termasuk nd: laser yag dengan stabilisasi frekuensi etalon atau kisi .
Berikan linewidths ultra-narrow (turun ke Hz atau sub-Hz) dengan daya tinggi dan stabilitas .
Digunakan dalam metrologi dan pengukuran presisi .
Laser Reflektor Bragg (DBR) Terdistribusi
Mirip dengan DFB tetapi dengan reflektor bragg diskrit eksternal dengan medium gain .
Linewidth sempit yang cocok untuk komunikasi dan penginderaan .
Laser linewidth sempit berbasis microresonator
Gunakan resonator mode galeri Whispering atau resonator cincin mikro sebagai elemen umpan balik selektif frekuensi .
Teknologi yang Muncul untuk Sumber Kompak, Ultra-Stabil .
Quantum Cascade Laser (QCL) dengan teknik penyempitan linewidth
Untuk operasi linewidth ultra-narrow pertengahan inframerah, qcls dengan metode stabilisasi eksternal .
Prinsip kerja
Penentuan linewidth spektral:
Linewidth laser ditentukan olehkebisingan fase, panjang rongga, dapatkan sifat menengah, Danmekanisme umpan balik.
Laser linewidth ultra sempit menggunakan rongga panjang atau resonator Q tinggi untuk meningkatkan masa pakai foton dan mengurangi fluktuasi fase .
Umpan Balik Selektif Frekuensi Eksternal:
Unsur -unsur seperti kisi difraksi, etalon, atau kisi serat bragg memberikan penyaringan spektral sempit .
Umpan Balik ini mempersempit spektrum emisi dengan memaksa penguat pada mode longitudinal tunggal .
Stabilisasi aktif dan pasif:
Stabilisasi aktifTermasuk kontrol umpan balik menggunakan elemen piezoelektrik, kontrol suhu, atau penyetelan arus untuk mengunci frekuensi .
Stabilisasi pasifmenggunakan rongga ultra-stabil atau resonator untuk menekan noise frekuensi .
Pengurangan Sumber Kebisingan:
Desain meminimalkan kebisingan emisi spontan, fluktuasi termal, dan getaran mekanis, yang berkontribusi pada pelebaran linewidth .
Output yang koheren:
Balok output memiliki koherensi temporal yang tinggi dan frekuensi yang terdefinisi dengan baik, membuatnya ideal untuk pengukuran interferensi sensitif .
Fungsi
Sumber Cahaya Koherensi Tinggi:Memberikan cahaya laser dengan frekuensi dan fase yang sangat stabil .
Stabilitas frekuensi:Mempertahankan panjang gelombang yang tepat selama periode yang lama dan variasi lingkungan .
Operasi mode longitudinal tunggal:Menghasilkan output laser pada frekuensi tunggal dengan mode minimal hopping .
Kebisingan fase rendah:Penting untuk aplikasi yang membutuhkan waktu yang tepat dan referensi frekuensi .
Mengaktifkan spektroskopi resolusi tinggi:Menyelesaikan fitur spektral halus dalam studi atom, molekuler, dan optik .
Mendukung komunikasi yang koheren:Memungkinkan format modulasi lanjutan yang membutuhkan pembawa stabil .
Dasar untuk sisir dan metrologi frekuensi:Ultra-Narrow Linewidth sangat penting untuk jam optik dan pengukuran presisi .
Aplikasi
Spektroskopi resolusi tinggi
Digunakan untuk menyelidiki transisi atom dan molekuler dengan presisi ultra-tinggi .
Mengaktifkan deteksi pergeseran kecil dalam tingkat energi .
Jam atom optik dan standar frekuensi
Memberikan referensi optik yang stabil untuk ketepatan waktu generasi berikutnya dan metrologi .
Komunikasi optik yang koheren
Mendukung format modulasi koheren (qpsk, 16- qam) dengan memberikan frekuensi pembawa yang stabil .
Mengaktifkan transmisi data berkapasitas tinggi jarak jauh .
Lidar dan penginderaan jauh
Meningkatkan resolusi rentang dan akurasi dengan linewidth sempit, laser noise fase rendah .
Digunakan dalam penginderaan atmosfer, kendaraan otonom, dan pemetaan .
Penginderaan interferometrik dan metrologi
Penting untuk giroskop serat optik, detektor gelombang gravitasi (seperti ligo), dan pengukuran panjang presisi .
Optik kuantum dan informasi kuantum
Mengaktifkan kontrol yang tepat dari status foton untuk komunikasi kuantum dan komputasi .
Microwave Photonics
Konversi sinyal optik ultra-stabil menjadi sinyal microwave atau RF dengan noise fase rendah .
Pendinginan dan perangkap laser
Memberikan frekuensi yang stabil untuk atom dan ion pendingin dalam percobaan fisika .
Tabel Ringkasan
| Fitur | Keterangan |
|---|---|
| Linewidth | Biasanya <1 kHz, bisa turun ke Hz atau sub-Hz |
| Daya output | Dari miliwatt ke watt tergantung pada jenis |
| Stabilisasi | Rongga eksternal, suhu, piezo, umpan balik |
| Panjang koherensi | Kilometer hingga ribuan kilometer |
| Keuntungan utama | Koherensi tinggi, stabilitas frekuensi, kebisingan rendah |
| Panjang gelombang umum | Terlihat oleh inframerah tergantung pada jenis laser |
| Aplikasi | Metrologi, komunikasi, lidar, optik kuantum |