เส้นทางเทคนิคหลักของเลเซอร์เส้นแคบที่ปรับได้

เส้นทางเทคนิคหลักของเลเซอร์เส้นแคบที่ปรับได้

เส้นทางเทคนิคหลักของการปรับแต่งเลเซอร์เส้นแคบด้วยโพรงภายนอกของสารกึ่งตัวนำ

เลเซอร์เส้นแคบที่ปรับได้เป็นพื้นฐานสำหรับการใช้งานที่หลากหลายในสาขาต่างๆ เช่น ฟิสิกส์อะตอม สเปกโตรสโคปี ข้อมูลควอนตัม การสื่อสารแบบสอดคล้อง การรับรู้จากระยะไกล และการวัดที่แม่นยำ ในสาขาเหล่านี้ เลเซอร์เส้นแคบกว่า ราคาถูกกว่า และปรับช่วงได้กว้างกว่าจะยังคงขับเคลื่อนการใช้งานใหม่ๆ ของเทคโนโลยีนี้ต่อไป

ตลอด 50 ปีที่ผ่านมา ประวัติศาสตร์ของแหล่งกำเนิดแสงที่ปรับได้เลเซอร์ TLS สะท้อนถึงการพัฒนาเทคโนโลยีเลเซอร์เป็นส่วนใหญ่ เลเซอร์สีย้อมในช่วงแรกถูกแทนที่ด้วยเลเซอร์ไดโอดโพรงภายนอก (ECDL) ในขณะที่ระบบที่มีกำลังสูงนั้นถูกครอบงำโดยเลเซอร์โซลิดสเตตที่ปรับได้ (เช่น เลเซอร์ไททาเนียม-แซฟไฟร์) หรือเลเซอร์ Nd:YAG ที่แปลงความถี่โดยใช้ตัวกำเนิดสัญญาณพาราเมตริกแบบออปติคัล (OPO) เลเซอร์ไดโอดที่ไม่มีโพรงภายนอกที่เสถียรได้เติมเต็มตลาดต้นทุนต่ำและประสิทธิภาพต่ำด้วยเลเซอร์ DFB เชิงพาณิชย์และไดโอด DBR ซึ่งมีความกว้างของเส้นที่แคบถึง 500kHz เมื่อไม่นานมานี้ เลเซอร์ไฟเบอร์และเลเซอร์ไฟเบอร์ความถี่แปรผันได้เริ่มเข้ามาแทนที่ระบบโซลิดสเตตจำนวนมากด้วยการออกแบบที่แตกต่างกัน ซึ่งให้กำลังที่สูงขึ้นและปรับได้มากขึ้น หรือความกว้างของเส้นที่แคบลง ปัจจุบัน การเกิดขึ้นของหวีความถี่ทำให้สามารถสร้างเลเซอร์ที่ปรับความถี่ได้ในทุกความยาวคลื่นในขณะที่ยังคงความเสถียรและความแม่นยำที่ยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตาม แม้จะเป็นเช่นนี้ โพรงภายนอกเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ยังคงรักษาสถานะของตนเป็นแหล่งกำเนิดแสงที่ใช้กันทั่วไปในห้องปฏิบัติการหลายแห่ง เนื่องจากความเรียบง่าย ฟังก์ชันหลากหลาย ประสิทธิภาพที่น่านับถือ และต้นทุนต่ำมาก

ในปัจจุบัน เลเซอร์เส้นแคบที่ปรับได้พร้อมเซมิคอนดักเตอร์โพรงภายนอกได้รับการใช้กันอย่างแพร่หลายใน:

การทำความเย็นและการจับด้วยเลเซอร์

การควบแน่นของโบส-ไอน์สไตน์

เลนส์ควอนตัม: แสงที่ถูกบีบอัด

แสงแม่เหล็กไฟฟ้าโปร่งใสและช้า

มาตรฐานเวลาและความถี่

สเปกโตรสโคปีเลเซอร์

โดยทั่วไปเลเซอร์เส้นแคบที่ปรับได้จะประกอบด้วยตัวควบคุม ไดโอดเลเซอร์ และโมดูลการเลือกความถี่ ตัวอย่างเช่น กริดที่ใช้สำหรับการเลือกและปรับความถี่เลเซอร์ หรือตัวกรองตามโครงสร้างตาแมว เป็นต้น ลักษณะสำคัญของเลเซอร์เส้นแคบที่ปรับได้ที่มีเซมิคอนดักเตอร์โพรงภายนอก ได้แก่ เส้นแคบของเลเซอร์ ดริฟท์ความถี่ต่ำ และช่วงการปรับกว้าง เป็นต้น และลักษณะที่โดดเด่นเหล่านี้ขึ้นอยู่กับวงจรไดรฟ์เลเซอร์ที่ยอดเยี่ยมมาก เสถียรภาพทางกลโดยรวมของเลเซอร์ และหลักการของการเลือกความถี่ เพื่อให้ได้เสถียรภาพความถี่ที่สูงขึ้นของเลเซอร์ จึงสามารถเพิ่มโมดูลล็อกความถี่เลเซอร์ประเภทต่างๆ ได้ ตัวอย่างเช่น การใช้เทคโนโลยีรักษาเสถียรภาพความถี่ PDH เพื่อล็อกความยาวคลื่นเลเซอร์บนโพรงออปติกที่เสถียรเป็นพิเศษ สามารถลดความกว้างของเส้นของเลเซอร์ให้แคบลงเหลือระดับ 1 เฮิรตซ์ และเสถียรภาพความถี่สามารถไปถึง < 3× 10-15 @ 1 วินาที