เส้นทางเทคนิคหลักของเลเซอร์เส้นแคบที่ปรับได้

เส้นทางเทคนิคหลักของเลเซอร์เส้นแคบที่ปรับได้

เส้นทางเทคนิคหลักของการปรับแต่งได้เลเซอร์เส้นแคบมีโพรงด้านนอกของสารกึ่งตัวนำ

เลเซอร์เส้นแคบที่ปรับได้เป็นรากฐานสำหรับการใช้งานที่หลากหลายในสาขาต่างๆ เช่น ฟิสิกส์อะตอม สเปกโทรสโกปี ข้อมูลควอนตัม การสื่อสารแบบโคฮีเรนต์ การสำรวจระยะไกล และการวัดที่แม่นยำ ในสาขาเหล่านี้ เลเซอร์เส้นแคบที่ง่ายกว่า ราคาถูกกว่า และช่วงการปรับที่กว้างขึ้น จะยังคงผลักดันการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนี้ในรูปแบบใหม่ๆ ต่อไป

ในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา ประวัติศาสตร์ของแหล่งกำเนิดแสงที่ปรับได้เลเซอร์ TLS สะท้อนถึงพัฒนาการของเทคโนโลยีเลเซอร์เป็นส่วนใหญ่ เลเซอร์ย้อมในระยะแรกถูกแทนที่ด้วยเลเซอร์ไดโอดแบบโพรงภายนอก (ECDL) ในขณะที่ระบบกำลังสูงถูกครอบงำโดยเลเซอร์โซลิดสเตตแบบปรับได้ (เช่น เลเซอร์ไทเทเนียม-แซฟไฟร์) หรือเลเซอร์ Nd:YAG แบบแปลงความถี่โดยใช้ออสซิลเลเตอร์พาราเมตริกแบบออปติคัล (OPO) เลเซอร์ไดโอดที่ไม่มีโพรงภายนอกที่เสถียรได้เข้ามาเติมเต็มตลาดที่มีต้นทุนต่ำและประสิทธิภาพต่ำด้วยเลเซอร์ DFB และไดโอด DBR เชิงพาณิชย์ ซึ่งมีความกว้างของเส้นเพียง 500kHz เมื่อเร็วๆ นี้ เลเซอร์ไฟเบอร์และเลเซอร์ไฟเบอร์แบบปรับความถี่ได้เริ่มเข้ามาแทนที่ระบบโซลิดสเตตจำนวนมากด้วยการออกแบบที่แตกต่างกัน ซึ่งมีกำลังที่สูงขึ้นและความสามารถในการปรับแต่งได้มากขึ้น หรือความกว้างของเส้นที่แคบลง ปัจจุบัน การเกิดขึ้นของหวีความถี่ทำให้สามารถสร้างเลเซอร์ที่รักษาเสถียรภาพความถี่ได้ในทุกความยาวคลื่น ในขณะที่ยังคงรักษาเสถียรภาพและความแม่นยำที่ยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตาม แม้กระนั้น โพรงภายนอกเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ยังคงรักษาสถานะของตนเป็นแหล่งกำเนิดแสงที่ใช้กันทั่วไปในห้องปฏิบัติการหลายแห่ง เนื่องจากความเรียบง่าย ฟังก์ชันหลายอย่าง ประสิทธิภาพที่น่าเคารพ และต้นทุนต่ำมาก

ในปัจจุบัน เลเซอร์เส้นแคบที่ปรับได้พร้อมเซมิคอนดักเตอร์โพรงภายนอกได้รับการใช้กันอย่างแพร่หลายใน:

การทำความเย็นและการจับด้วยเลเซอร์

การควบแน่นของโบส-ไอน์สไตน์

เลนส์ควอนตัม: แสงที่ถูกบีบอัด

แสงโปร่งใสแม่เหล็กไฟฟ้าและช้า

มาตรฐานเวลาและความถี่

สเปกโตรสโคปีเลเซอร์

โดยทั่วไปเลเซอร์เส้นแคบแบบปรับได้จะประกอบด้วยตัวควบคุม ไดโอดเลเซอร์ และโมดูลเลือกความถี่ ตัวอย่างเช่น กริดติงที่ใช้สำหรับการเลือกและปรับความถี่เลเซอร์ หรือฟิลเตอร์ที่อิงตามโครงสร้างตาแมว เป็นต้น คุณสมบัติที่สำคัญของเลเซอร์เส้นแคบแบบปรับได้ที่มีเซมิคอนดักเตอร์โพรงภายนอก ได้แก่ เส้นแคบเลเซอร์ ดริฟท์ความถี่ต่ำ และช่วงการปรับที่กว้าง เป็นต้น คุณสมบัติที่โดดเด่นเหล่านี้ขึ้นอยู่กับวงจรขับเลเซอร์ที่ยอดเยี่ยม เสถียรภาพเชิงกลโดยรวมของเลเซอร์ และหลักการของการเลือกความถี่ เพื่อให้ได้เสถียรภาพความถี่ที่สูงขึ้นของเลเซอร์ จึงสามารถเพิ่มโมดูลล็อกความถี่เลเซอร์ได้หลายประเภท ตัวอย่างเช่น การใช้เทคโนโลยีรักษาเสถียรภาพความถี่ PDH เพื่อล็อกความยาวคลื่นเลเซอร์บนโพรงแสงที่เสถียรเป็นพิเศษ ทำให้เส้นแคบลงเหลือระดับ 1 เฮิรตซ์ และเสถียรภาพความถี่สามารถลดลงเหลือ < 3× 10-15 @ 1 วินาที