Bu günə qədər dar xətt enli lazerlərin inkişafında lazer əks əlaqə mexanizmlərinin təkamülü lazer rezonator strukturlarının təkamülü ilə sinonim olmuşdur. Aşağıda, lazer rezonatorlarının təkamül qaydasında dar xətt enli lazer texnologiyalarının müxtəlif konfiqurasiyaları təqdim olunur.
Tək əsas boşluqlu lazerləri struktur olaraq xətti boşluqlara və halqa boşluqlarına, boşluq uzunluğuna görə isə qısa və uzun boşluqlu strukturlara bölmək olar. Qısa boşluqlu lazerlər tək uzununa rejimə (SLM) nail olmaq üçün daha sərfəli olan böyük uzununa rejim aralığına malikdir, lakin geniş daxili boşluq xətti genişliyindən və səs-küyün qarşısını almaqda çətinlik çəkir. Uzun boşluqlu strukturlar mahiyyət etibarilə dar xətt eni xüsusiyyətlərini nümayiş etdirir və müxtəlif optik cihazların çevik konfiqurasiyalarla inteqrasiyasına imkan verir; lakin onların texniki problemi həddindən artıq kiçik uzununa rejim aralığına görə SLM əməliyyatına nail olmaqdır.
Lazer əsas boşluqların klassik konfiqurasiyası kimi xətti boşluq sadə quruluş, yüksək effektivlik və asan manipulyasiya kimi üstünlüklərə malikdir. Tarixən ilk həqiqi lazer şüası F-P xətti boşluq strukturundan istifadə etməklə yaradılıb. Elm və texnologiyada sonrakı irəliləyişlərlə F-P strukturu yarımkeçirici lazerlərdə, fiber lazerlərdə və bərk cisim lazerlərində geniş şəkildə tətbiq edilmişdir.
Halqa boşluğu klassik xətti boşluğun modifikasiyasıdır, optik siqnalların tsiklik gücləndirilməsinə nail olmaq üçün daimi dalğa sahələrini səyahət dalğaları ilə əvəz etməklə xətti boşluqların məkan deşiklərinin yanma çatışmazlığını aradan qaldırır. Fiber-optik cihazların inkişafı sayəsində çevik tam lifli strukturlara malik fiber lazerlər geniş diqqəti cəlb etdi və son iki onillikdə lazerlərin ən sürətlə böyüyən kateqoriyasına çevrildi.
Qeyri-planar ring osilator (NPRO) lazerləri xüsusi səyahət dalğalı lazer konfiqurasiyasını təmsil edir. Tipik olaraq, bu cür lazerlərin əsas boşluğu bir istiqamətli lazer əməliyyatını həyata keçirmək üçün kristal son üz əks etdirmə və xarici maqnit sahəsi vasitəsilə lazer qütbləşmə vəziyyətini tənzimləyən monolit kristaldan ibarətdir. Bu dizayn lazer rezonatorunun istilik yükünü əhəmiyyətli dərəcədə azaldır, dalğa uzunluğunda və gücdə müstəsna sabitlik təmin edir və dar xətt eni xüsusiyyətlərinə malikdir.
Həddindən artıq qısa boşluq uzunluğu və yüksək daxili itki kimi amillərlə məhdudlaşan, boşluqdaxili rəyə əsaslanan F-P xətti boşluqlu tək boşluqlu lazer konfiqurasiyaları məhdud foton qarşılıqlı əlaqə müddətindən və qazanc mühitindən spontan emissiyanın aradan qaldırılmasında çətinlik çəkir. Bu problemi həll etmək üçün tədqiqatçılar vahid xarici boşluq rəy konfiqurasiyasını təklif etdilər. Xarici boşluq fotonların qarşılıqlı əlaqə müddətini uzatmaq və süzülmüş fotonları əsas boşluğa qaytarmaq, bununla da lazerin işini optimallaşdırmaq və xəttin genişliyini sıxışdırmaq funksiyasını yerinə yetirir. Littrow və Littman konfiqurasiyaları kimi məkan optikasına əsaslanan ilk sadə xarici boşluq strukturları təmizlənmiş lazer siqnallarını lazerin əsas boşluğuna yenidən vurmaq üçün barmaqlıqların spektral dispersiya qabiliyyətindən istifadə edərək, xəttin eni sıxılmasına nail olmaq üçün əsas boşluğa çəkilmə tezliyi tətbiq edir. Bu tək xarici boşluq quruluşu daha sonra fiber lazerlərə və yarımkeçirici lazerlərə qədər genişləndirildi.
Tək xarici boşluqlu əks əlaqə lazer konfiqurasiyalarının texniki problemi xarici boşluq və əsas boşluq arasında faza uyğunluğundan ibarətdir. Tədqiqatlar göstərdi ki, xarici boşluqlu əks əlaqə siqnalının məkan fazası lazer həddi, tezliyi və nisbi çıxış gücünü təyin etmək üçün kritik əhəmiyyətə malikdir və lazer uzununa rejimləri əks əlaqə siqnalının intensivliyinə və fazasına yüksək həssasdır.
DBR Lazer Konfiqurasiyası
Lazer sistemlərinin dayanıqlığını artırmaq və dalğa uzunluğuna görə seçici cihazları əsas boşluq strukturuna inteqrasiya etmək üçün DBR konfiqurasiyası hazırlanmışdır. F-P rezonatoru əsasında hazırlanmış DBR rezonatoru optik rəy təmin etmək üçün F-P strukturunun güzgülərini dövri passiv Bragg strukturları ilə əvəz edir. Bragg strukturunun lazer müdaxilə rejimlərinə dövri daraq filtrləmə təsiri sayəsində DBR əsas boşluğu təbii olaraq filtrləmə xüsusiyyətlərinə malikdir. Qısa boşluqlu strukturun verdiyi böyük uzununa rejim aralığı ilə birlikdə SLM əməliyyatı asanlıqla əldə edilir. Dövri Bragg strukturu əvvəlcə yalnız dalğa uzunluğunun seçilməsi üçün nəzərdə tutulsa da, boşluq-struktur nöqteyi-nəzərindən, o, həm də artan sayda əks əlaqə səthi ilə tək boşluqlu strukturun təkamülünü təmsil edir.
Qazanc mühitinə görə təsnif edilən DBR lazerlərinə yarımkeçirici lazerlər və fiber lazerlər daxildir. Yarımkeçirici lazerlər yarımkeçirici materiallar və mikro-nano emal texnologiyaları ilə istehsal uyğunluğunda təbii üstünlüyə malikdir. İkincil epitaksiya, kimyəvi buxarın çökməsi, pilləli fotolitoqrafiya, nanoimprinting, elektron şüa ilə aşındırma və ion aşındırma kimi bir çox yarımkeçirici istehsal prosesləri birbaşa yarımkeçirici lazerlərin tədqiqi və istehsalına tətbiq edilə bilər.
DBR lif lazerləri DBR yarımkeçirici lazerlərdən daha gec ortaya çıxdı, əsasən lif dalğa ötürücüsünün emalı və yüksək konsentrasiyalı multi-dopinq texnologiyalarının inkişafı ilə məhdudlaşdı. Hal-hazırda, ümumi lif dalğa bələdçisi istehsal üsullarına oksigen qüsurlu faza maskalanması və femtosaniyə lazer emal daxildir, yüksək konsentrasiyalı lif dopinq texnologiyaları isə dəyişdirilmiş kimyəvi buxar çökdürməsini (MCVD) və səth plazma kimyəvi buxar çökdürməsini (SCVD) əhatə edir.
Bragg ızgaralarına əsaslanan başqa bir rezonator quruluşu DFB konfiqurasiyasıdır. DFB lazer əsas boşluğu Bragg strukturunu aktiv bölgə ilə birləşdirir və dalğa uzunluğu seçimi üçün strukturun mərkəzində faza sürüşmə bölgəsini təqdim edir. Şəkil 3(b)-də göstərildiyi kimi, bu konfiqurasiya daha yüksək dərəcədə inteqrasiya və struktur birliyə malikdir və DBR strukturlarında dalğa uzunluğunun kəskin sürüşməsi və rejimin hoppanması kimi problemləri azaldır və onu indiki mərhələdə ən stabil və praktik lazer konfiqurasiyasına çevirir.
DFB lazerlərinin texniki problemi ızgara strukturlarının hazırlanmasındadır. DBR yarımkeçirici lazerlərdə ızgara istehsalı üçün iki əsas üsul var: ikincil epitaksiya və səthi aşındırma. Regrown grating feedback (RGF)-DFB yarımkeçirici lazerləri aktiv bölgədə bir sıra aşağı refraktiv indeksli barmaqlıqların böyüməsi üçün ikincil epitaksiya və fotolitoqrafiyadan istifadə edir. Bu üsul aktiv təbəqə strukturunu aşağı itki ilə qoruyub saxlayır, yüksək Q rezonatorlarının hazırlanmasını asanlaşdırır. Səth ızgaraları (SG)-DFB yarımkeçirici lazerləri birbaşa aktiv bölgənin səthində ızgara təbəqəsini aşındırır. Bu yanaşma daha mürəkkəbdir, aktiv bölgə materialına və dopinq ionlarına uyğun olaraq dəqiq tənzimləmə tələb edir və daha yüksək itki nümayiş etdirir, lakin daha güclü optik qapalılıq və daha yüksək rejim yatırma qabiliyyəti təklif edir.
DBR lif lazerlərinə bənzər olaraq, DFB lif lazerləri lif dalğa ötürücüsünün emalı və yüksək konsentrasiyalı qatqılı lif texnologiyalarında irəliləyişlərə əsaslanır. DBR lif lazerləri ilə müqayisədə, DFB lif lazerləri nadir torpaq ionlarının dalğa boyu udma xüsusiyyətlərinə görə ızgara istehsalında daha böyük çətinliklər yaradır.
DFB və DBR kimi qısa boşluqlu əsas boşluq lazerləri boşluqdaxili fotonların qarşılıqlı əlaqə müddətini məhdudlaşdırır, bu da dərin xəttin sıxılmasını çətinləşdirir. Xətt genişliyini daha da sıxışdırmaq və səs-küyü basdırmaq üçün belə qısa boşluqlu əsas boşluq konfiqurasiyaları performansın optimallaşdırılması üçün tez-tez xarici boşluq strukturları ilə birləşdirilir. Ümumi xarici boşluq strukturlarına məkan xarici boşluqlar, lifli xarici boşluqlar və dalğa ötürücü xarici boşluqlar daxildir. Fiber-optik cihazların və dalğa ötürücü strukturların hazırlanmasından əvvəl xarici boşluqlar əsasən diskret optik komponentlərlə birləşən məkan optiklərindən ibarət idi. Bunlar arasında, ızgara əsaslı məkan xarici boşluqlu əks əlaqə strukturları, əsasən, bir lazer qazanma boşluğundan, birləşdirici linzalardan və difraksiya ızgarasından ibarət olan Littrow və Littman dizaynlarını qəbul edir. Rəy elementi kimi barmaqlıq dalğa uzunluğunun tənzimlənməsinə, rejimin seçilməsinə və xəttin eni sıxılmasına imkan verir.
Bundan əlavə, məkan xarici boşluqlu əks əlaqə strukturları F-P etalonlar, akusto-optik/elektro-optik tənzimlənən filtrlər və interferometrlər kimi bir sıra optik filtrləmə cihazlarını birləşdirə bilər. Bu süzgəc cihazları mahiyyət etibarilə rejim seçmə imkanlarına malikdir və barmaqlıqları əvəz edə bilər; müəyyən yüksək Q F-P etalonlar hətta spektral daralma və xəttin eni sıxılmasında əks etdirən barmaqlıqları üstələyir.
Fiber-optik cihaz texnologiyasının inkişafı ilə fəzasal optik strukturların yüksək inteqrasiya olunmuş, möhkəm fiber dalğa qurğuları və ya lif cihazları ilə əvəz edilməsi lazer sisteminin sabitliyini yaxşılaşdırmaq üçün effektiv strategiyadır. Fiber xarici boşluqlar adətən yüksək inteqrasiya, texniki qulluq asanlığı və müdaxiləyə qarşı güclü toxunulmazlıq təklif edən bütün lifli struktur yaratmaq üçün lif cihazlarının birləşdirilməsi ilə tikilir. Fiber xarici boşluq geribildirim strukturları sadə lif döngəsi əks əlaqəsi və ya tam lifli rezonatorlar, FBG-lər, lif F-P boşluqları və WGM rezonatorları ola bilər.
İnteqrasiya edilmiş dalğa ötürücülü xarici boşluqlu əks əlaqə strukturlarına malik dar xətt genişliyi lazerləri daha kiçik paket ölçüsü və daha sabit performansı sayəsində geniş diqqəti cəlb etmişdir. Əsasən, dalğa ötürücüsünün xarici boşluqla əks əlaqəsi lif xarici boşluq rəyi ilə eyni texniki prinsiplərə əməl edir, lakin yarımkeçirici materialların müxtəlifliyi və mikro-nano emal texnologiyaları daha yığcam və sabit lazer sistemlərinə imkan verir, dalğa ötürücülü xarici boşluqlu əks əlaqə dar xətt eni lazerlərinin praktikliyini artırır. Tez-tez istifadə olunan yarımkeçirici lazer materiallarına Si, Si₃N₄ və III-V birləşmələri daxildir.
Optoelektron salınım lazer konfiqurasiyası, əks əlaqə siqnalının adətən elektrik siqnalı və ya eyni vaxtda optoelektronik əks əlaqə olduğu xüsusi əks əlaqə lazer arxitekturasıdır. Lazerlərə tətbiq edilən ən erkən optoelektronik əks əlaqə texnologiyası, boşluğun uzunluğunu tənzimləmək və lazer tezliyini yüksək Q rezonator rejimləri və soyuq atom udma xətləri kimi istinad spektrlərinə bağlamaq üçün elektrik mənfi rəydən istifadə edən PDH tezlik sabitləşdirmə texnikası idi. Mənfi rəy tənzimləməsi vasitəsilə lazer rezonatoru real vaxt rejimində lazerin iş vəziyyətinə uyğunlaşa bilər və tezlik qeyri-sabitliyini 10⁻¹⁷ səviyyəsinə endirir. Bununla belə, elektrik geribildirimi əhəmiyyətli məhdudiyyətlərdən, o cümlədən yavaş cavab sürətindən və geniş dövrəni əhatə edən həddindən artıq mürəkkəb servo sistemlərdən əziyyət çəkir. Bu amillər yüksək texniki çətinlik, ciddi nəzarət dəqiqliyi və lazer sistemləri üçün yüksək xərclərlə nəticələnir. Bundan əlavə, sistemin istinad mənbələrindən güclü asılılığı lazer dalğa uzunluğunu konkret tezlik nöqtələri ilə ciddi şəkildə məhdudlaşdırır və onun praktik tətbiqini daha da məhdudlaşdırır.
Copyright @ 2020 Shenzhen Box Optronics Technology Co., Ltd. - Çin Fiber Optik Modullar, Fiber Qoşulmuş Lazerlər İstehsalçıları, Lazer Komponentləri Təchizatçıları Bütün Hüquqlar Qorunur.
