คุณรู้จักเทคโนโลยีเลเซอร์ความกว้างของเส้นแคบหรือไม่?

คุณนึกถึงอะไรเมื่อนึกถึงเลเซอร์? ก  กวัดแกว่งดาบเลเซอร์ โดย General Grievous ใน Star Wars? หรือหนึ่งในช่องเลเซอร์มรณะจาก Resident Evil? หรือดวงตาเลเซอร์ของสก็อตต์จาก X-Men ที่สามารถเผาผลาญทุกสิ่งได้? "เลเซอร์" เหล่านี้ตามที่ทราบกันดี มักปรากฏในนิยายวิทยาศาสตร์ในรูปของพลังงานสูงและพลังงานสูง ซึ่งแสดงพลังอันยิ่งใหญ่ (ดูรูปที่ 1)

ในชีวิตจริง เลเซอร์ยังแอบเข้าไปในหลายอุตสาหกรรม ตั้งแต่สาขาการแพทย์ เช่น เลเซอร์งามและการรักษาสายตาสั้น ไปจนถึงสาขาการผลิตทางอุตสาหกรรม เช่น เลเซอร์มาร์ก การตัด และการเชื่อม รวมถึงสาขาวิทยาศาสตร์ล้ำสมัย เช่น การตรวจจับด้วยเรดาร์ กล้องจุลทรรศน์ การถ่ายภาพและการสื่อสารด้วยควอนตัมที่เกิดขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ในปัจจุบัน เทคโนโลยีเลเซอร์มีส่วนสนับสนุนอย่างโดดเด่นในการส่งเสริมการพัฒนาความมั่นคงด้านการป้องกันประเทศ ชีวการแพทย์ การผลิตอัจฉริยะ และข้อมูล

อย่างไรก็ตาม เลเซอร์ที่เราต้องการทั้งหมดจำเป็นต้องมีพลังงานสูงและ "พลังชีวิต" ที่ยอดเยี่ยมดังที่แสดงในภาพยนตร์หรือไม่?

ก่อนอื่น เราต้องดูลักษณะพื้นฐานของเลเซอร์ที่แตกต่างจากแหล่งกำเนิดแสงแบบเดิม ดังแสดงในรูปที่ 2 ซึ่งเราได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ในงานภาพยนตร์และโทรทัศน์ เลเซอร์มีลักษณะที่ทรงพลัง โดยปกติจะเป็นสัดส่วนกับความสว่าง (กำลัง ) ของเลเซอร์ แต่ยังสะท้อนถึงเลเซอร์ที่มีลักษณะทิศทางที่ดี

นอกจากนี้ ความเป็นสีเดียวและความสอดคล้องกันยังเป็นจุดสนใจ แสงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงทั่วไปมักมีความถี่ต่างกัน ดังนั้นมันจึงมีสีที่หลากหลาย และโฟตอนต่างๆ ที่ปล่อยออกมาจากเลเซอร์ก็มีความถี่เท่ากัน ดังนั้นมันจึงเป็นแหล่งกำเนิดแสงสีเดียวที่ยอดเยี่ยมมาก ไม่เพียงแค่นั้น เนื่องจากโฟตอนที่แผ่รังสีกระตุ้นของเลเซอร์มีความสม่ำเสมอในเฟส จึงมีความสัมพันธ์เฟสคงที่ระหว่างจุดบนหน้าตัดของลำแสงเลเซอร์ภายใต้การกระทำของเรโซเนเตอร์ ดังนั้น เมื่อเทียบกับแหล่งกำเนิดแสงทั่วไป ความสอดคล้องกัน ของเลเซอร์ก็ยอดเยี่ยมเช่นกัน เมื่อรวมกับลักษณะสีเดียวและการเชื่อมโยงกันที่ยอดเยี่ยมของเลเซอร์ แม้ว่าจะไม่มี "รัศมี" กิโลวัตต์และ 10,{2}} วัตต์สูง เลเซอร์ยังคงสามารถใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีสเปกตรัม การวัดแสง และสาขาอื่นๆ

ลักษณะของเลเซอร์แตกต่างจากแหล่งกำเนิดแสงแบบดั้งเดิม

วันนี้เราจะแนะนำเลเซอร์ "สีเดียว" ให้กับเลเซอร์ความกว้างเส้นแคบมาก การเกิดขึ้นของมันช่วยเติมเต็มช่องว่างในการประยุกต์ใช้เลเซอร์หลายแขนง และในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง, liDAR, การตรวจจับแบบกระจาย, การสื่อสารด้วยแสงที่เชื่อมโยงกันความเร็วสูง และสาขาอื่นๆ ซึ่งเป็น "ภารกิจ" ที่ไม่สามารถ จะเสร็จสมบูรณ์โดยการปรับปรุงพลังงานเลเซอร์เท่านั้น

การนำไปใช้จริงและการประยุกต์ใช้เลเซอร์เส้นแคบ

ข้อจำกัดโดย linewidth เกนตามธรรมชาติของสารทำงานของเลเซอร์ แทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะรับรู้ผลลัพธ์ของเลเซอร์ linewidth แคบโดยตรงโดยอาศัยออสซิลเลเตอร์แบบดั้งเดิม เพื่อให้การทำงานของเลเซอร์เส้นกว้างแคบเป็นจริง โดยปกติจำเป็นต้องใช้ตัวกรอง ตะแกรง และอุปกรณ์อื่นๆ เพื่อจำกัดหรือเลือกโมดูลัสตามยาวในสเปกตรัมอัตราขยาย และเพิ่มความแตกต่างสุทธิระหว่างโหมดตามยาว เพื่อให้มี การสั่นในโหมดตามยาวเพียงเล็กน้อยหรือแม้แต่ครั้งเดียวในเครื่องสะท้อนเสียงเลเซอร์ ในกระบวนการนี้ มักจำเป็นต้องควบคุมอิทธิพลของสัญญาณรบกวนบนเอาต์พุตเลเซอร์ และลดความกว้างของเส้นสเปกตรัมที่เกิดจากการสั่นสะเทือนและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมภายนอกให้น้อยที่สุด ในขณะเดียวกัน ยังสามารถใช้ร่วมกับการวิเคราะห์ความหนาแน่นสเปกตรัมสัญญาณรบกวนเฟสหรือความถี่เพื่อทำความเข้าใจแหล่งที่มาของสัญญาณรบกวนและปรับการออกแบบเลเซอร์ให้เหมาะสม เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่เสถียรของเลเซอร์ความกว้างเส้นแคบ

มาดูการนำไปใช้งานของเส้นความกว้างแคบของเลเซอร์ประเภทต่างๆ กัน

1) เซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์

เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์มีข้อได้เปรียบในด้านขนาดที่กะทัดรัด ประสิทธิภาพสูง อายุการใช้งานยาวนาน และประโยชน์ทางเศรษฐกิจ

ตัวสะท้อนแสง Fabry-Perot (FP) ที่ใช้ในเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิมโดยทั่วไปจะแกว่งในโหมดหลายแนวยาว และความกว้างของเส้นเอาต์พุตค่อนข้างกว้าง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเพิ่มการป้อนกลับแบบออปติกเพื่อให้ได้เอาต์พุตที่มีความกว้างของเส้นแคบ

การป้อนกลับแบบกระจาย (DFB) และการสะท้อนแสงแบบแบร็กก์แบบกระจาย (DBR) เป็นเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบออปติคอลป้อนกลับแบบออปติกทั่วไปสองแบบ โครงสร้างและสเปกตรัมเอาต์พุตแสดงไว้ในรูปที่ 5. เนื่องจากระยะพิทช์ตะแกรงขนาดเล็กและการเลือกความยาวคลื่นที่ดี จึงเป็นเรื่องง่ายที่จะได้เอาต์พุตความกว้างเส้นแคบความถี่เดียวที่เสถียร ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างโครงสร้างทั้งสองคือตำแหน่งของตะแกรง: โครงสร้าง DFB มักจะกระจายโครงสร้างเป็นระยะของตะแกรง Bragg ไปทั่วตัวสะท้อน และตัวสะท้อนของ DBR มักจะประกอบด้วยโครงสร้างตะแกรงสะท้อนและส่วนขยายที่รวมเข้าไว้ด้วยกัน พื้นผิวด้านท้าย นอกจากนี้ เลเซอร์ DFB ยังใช้ตะแกรงแบบฝังที่มีดัชนีหักเหของแสงต่ำและการสะท้อนแสงต่ำ เลเซอร์ DBR ใช้ตะแกรงพื้นผิวที่มีคอนทราสต์ของดัชนีการหักเหของแสงสูงและการสะท้อนแสงสูง โครงสร้างทั้งสองมีช่วงสเปกตรัมอิสระขนาดใหญ่และสามารถทำการปรับความยาวคลื่นโดยไม่ต้องใช้โหมดกระโดดในช่วงไม่กี่นาโนเมตร โดยที่เลเซอร์ DBR มีช่วงการปรับคลื่นที่กว้างกว่าเลเซอร์ DFB

นอกจากนี้ เทคโนโลยีป้อนกลับออปติคอลช่องภายนอก ซึ่งใช้องค์ประกอบออปติคัลภายนอกเพื่อป้อนกลับแสงขาออกของชิปเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์และเลือกความถี่ ยังสามารถรับรู้ถึงการทำงานของความกว้างเส้นที่แคบของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์

2) ไฟเบอร์เลเซอร์

ไฟเบอร์เลเซอร์มีประสิทธิภาพการแปลงปั๊มสูง คุณภาพของลำแสงดี และประสิทธิภาพการเชื่อมต่อสูง ซึ่งเป็นหัวข้อวิจัยที่ร้อนแรงในด้านเลเซอร์ ในบริบทของยุคข้อมูล ไฟเบอร์เลเซอร์มีความเข้ากันได้ดีกับระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงในปัจจุบันในตลาด ไฟเบอร์เลเซอร์ความถี่เดียวที่มีข้อได้เปรียบของความกว้างของเส้นที่แคบ สัญญาณรบกวนต่ำ และการเชื่อมโยงกันที่ดีได้กลายเป็นหนึ่งในทิศทางสำคัญของการพัฒนา

การทำงานของโหมดแนวยาวเดี่ยวเป็นแกนหลักของไฟเบอร์เลเซอร์เพื่อให้ได้เอาต์พุตความกว้างของเส้นแคบ โดยปกติตามโครงสร้างของเรโซเนเตอร์ของไฟเบอร์เลเซอร์ความถี่เดียวสามารถแบ่งออกเป็นประเภท DFB, ประเภท DBR และประเภทวงแหวน หลักการทำงานของเลเซอร์ไฟเบอร์ความถี่เดียว DFB และ DBR นั้นคล้ายคลึงกับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ DFB และ DBR

DFB ไฟเบอร์เลเซอร์คือการเขียนแบร็กเกรตติ้งแบบกระจายลงในไฟเบอร์ เนื่องจากความยาวคลื่นการทำงานของออสซิลเลเตอร์ได้รับผลกระทบจากช่วงไฟเบอร์ จึงสามารถเลือกโหมดตามยาวได้โดยการป้อนกลับแบบกระจายของตะแกรง ตัวสะท้อนเสียงเลเซอร์ของเลเซอร์ DBR มักจะเกิดขึ้นจากตะแกรงไฟเบอร์ Bragg หนึ่งคู่ และโหมดตามยาวเดี่ยวส่วนใหญ่จะถูกเลือกโดยแถบแคบและตะแกรงไฟเบอร์ Bragg ที่มีการสะท้อนแสงต่ำ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากตัวสะท้อนเสียงที่ยาว โครงสร้างที่ซับซ้อน และขาดกลไกการแยกแยะความถี่ที่มีประสิทธิภาพ ช่องที่มีรูปทรงวงแหวนจึงมีแนวโน้มที่จะกระโดดโหมดได้ และเป็นการยากที่จะทำงานอย่างเสถียรในโหมดตามยาวอย่างต่อเนื่องเป็นเวลานาน

3) เลเซอร์โซลิดสเตต

ในปี พ.ศ. 2503 เลเซอร์ทับทิมเครื่องแรกของโลกเป็นเลเซอร์โซลิดสเตต ซึ่งมีพลังงานเอาต์พุตสูงและครอบคลุมความยาวคลื่นที่กว้างกว่า โครงสร้างเชิงพื้นที่ที่เป็นเอกลักษณ์ของเลเซอร์โซลิดสเตตทำให้มีความยืดหยุ่นมากขึ้นในการออกแบบเอาต์พุตความกว้างเส้นแคบ ในปัจจุบัน วิธีการหลักที่ใช้ ได้แก่ วิธีโพรงสั้น วิธีโพรงวงแหวนทางเดียว วิธีมาตรฐานภายในโพรง วิธีโพรงโหมดลูกตุ้มบิด วิธีปริมาตรตะแกรงแบรกก์ และวิธีการฉีดเมล็ด

ข้อมูลติดต่อ:

หากคุณมีความคิดใด ๆ โปรดอย่าลังเลที่จะพูดคุยกับเรา ไม่ว่าลูกค้าของเราจะอยู่ที่ไหนและความต้องการของเราคืออะไร เราจะทำตามเป้าหมายของเราเพื่อให้ลูกค้าของเราได้รับสินค้าคุณภาพสูง ราคาต่ำ และบริการที่ดีที่สุด