ทีมวิจัยชาวจีนได้พัฒนาเลเซอร์ไฟเบอร์รามานแบบปรับได้กำลังสูงในช่วงคลื่น 1.2 ไมโครเมตร

ทีมวิจัยชาวจีนได้พัฒนาเครื่องตรวจวัดรามานแบบปรับความถี่ได้กำลังสูงในช่วงคลื่น 1.2 ไมโครเมตรเลเซอร์ไฟเบอร์

แหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์เลเซอร์ที่ทำงานในช่วงความยาวคลื่น 1.2 ไมโครเมตร มีการใช้งานที่เป็นเอกลักษณ์หลายอย่าง เช่น การบำบัดด้วยแสง การวินิจฉัยทางการแพทย์ และการตรวจวัดออกซิเจน นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงสำหรับการสร้างแสงอินฟราเรดช่วงกลางแบบพาราเมตริก และสำหรับการสร้างแสงที่มองเห็นได้โดยการเพิ่มความถี่เป็นสองเท่า เลเซอร์ในช่วงความยาวคลื่น 1.2 ไมโครเมตร ได้รับการพัฒนาขึ้นด้วยวิธีการต่างๆเลเซอร์โซลิดสเตท, รวมทั้งเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์รามานเพชร และเลเซอร์ไฟเบอร์ ในบรรดาเลเซอร์ทั้งสามชนิดนี้ เลเซอร์ไฟเบอร์มีข้อดีคือโครงสร้างที่เรียบง่าย คุณภาพลำแสงที่ดี และการใช้งานที่ยืดหยุ่น ทำให้เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการสร้างเลเซอร์ในช่วงคลื่น 1.2 ไมโครเมตร
เมื่อไม่นานมานี้ ทีมวิจัยที่นำโดยศาสตราจารย์ปู โจว ในประเทศจีน กำลังให้ความสนใจกับเลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูงในช่วงความยาวคลื่น 1.2 ไมโครเมตร ปัจจุบันเลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูงนั้นมีข้อจำกัดอยู่บ้างเลเซอร์ส่วนใหญ่เป็นเลเซอร์ใยแก้วที่เจือด้วยอิตเทอร์เบียมในช่วงความยาวคลื่น 1 ไมโครเมตร และกำลังเอาต์พุตสูงสุดในช่วงความยาวคลื่น 1.2 ไมโครเมตรนั้นจำกัดอยู่ที่ระดับ 10 วัตต์ งานวิจัยของพวกเขาซึ่งมีชื่อว่า “เลเซอร์ใยแก้วรามานแบบปรับได้กำลังสูงในช่วงความยาวคลื่น 1.2 ไมโครเมตร” ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Frontiers ofออปโตอิเล็กทรอนิกส์.

รูปที่ 1: (ก) การจัดวางอุปกรณ์ทดลองของเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์รามานแบบปรับได้กำลังสูง และ (ข) เลเซอร์ไฟเบอร์รามานแบบสุ่มปรับได้ที่ย่านความถี่ 1.2 μm PDF: ไฟเบอร์ที่เจือด้วยฟอสฟอรัส; QBH: ควอตซ์แบบก้อน; WDM: ตัวแยกสัญญาณแบบแบ่งความยาวคลื่น; SFS: แหล่งกำเนิดแสงไฟเบอร์แบบซูเปอร์ฟลูออเรสเซนต์; P1: พอร์ต 1; P2: พอร์ต 2; P3: ระบุพอร์ต 3 ที่มา: Zhang Yang et al., High power tunable Raman fiber laser at 1.2μm waveband, Frontiers of Optoelectronics (2024).
แนวคิดคือการใช้ปรากฏการณ์การกระเจิงรามานแบบกระตุ้นในเส้นใยนำแสงแบบพาสซีฟเพื่อสร้างเลเซอร์กำลังสูงในช่วงความยาวคลื่น 1.2 ไมโครเมตร การกระเจิงรามานแบบกระตุ้นเป็นปรากฏการณ์ไม่เชิงเส้นอันดับสามที่แปลงโฟตอนให้มีความยาวคลื่นมากขึ้น

รูปที่ 2: สเปกตรัมเอาต์พุต RFL แบบสุ่มที่ปรับได้ที่ (a) ความยาวคลื่นปั๊ม 1065-1074 นาโนเมตร และ (b) 1077 นาโนเมตร (Δλ หมายถึงความกว้างของเส้นสเปกตรัมที่ 3 dB) ที่มา: Zhang Yang และคณะ, เลเซอร์ใยแก้วรามานแบบปรับได้กำลังสูงที่แถบคลื่น 1.2 ไมโครเมตร, Frontiers of Optoelectronics (2024)
นักวิจัยใช้ปรากฏการณ์การกระเจิงรามานแบบกระตุ้นในเส้นใยที่เจือด้วยฟอสฟอรัสเพื่อแปลงเส้นใยที่เจือด้วยอิตเทอร์เบียมกำลังสูงในช่วงคลื่น 1 ไมโครเมตร ไปเป็นช่วงคลื่น 1.2 ไมโครเมตร ได้สัญญาณรามานที่มีกำลังสูงสุดถึง 735.8 วัตต์ ที่ความยาวคลื่น 1252.7 นาโนเมตร ซึ่งเป็นกำลังเอาต์พุตสูงสุดของเลเซอร์เส้นใยในช่วงคลื่น 1.2 ไมโครเมตร ที่เคยมีการรายงานมาจนถึงปัจจุบัน

รูปที่ 3: (a) กำลังเอาต์พุตสูงสุดและสเปกตรัมเอาต์พุตที่ปรับให้เป็นมาตรฐานที่ความยาวคลื่นสัญญาณต่างๆ (b) สเปกตรัมเอาต์พุตเต็มที่ความยาวคลื่นสัญญาณต่างๆ ในหน่วยเดซิเบล (Δλ หมายถึงความกว้างของเส้นสเปกตรัมที่ 3 เดซิเบล) ที่มา: Zhang Yang และคณะ, เลเซอร์ไฟเบอร์รามานแบบปรับได้กำลังสูงที่ช่วงความยาวคลื่น 1.2 ไมโครเมตร, Frontiers of Optoelectronics (2024)

รูปที่ 4: (a) ลักษณะสเปกตรัมและ (b) ลักษณะการเปลี่ยนแปลงกำลังของเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์รามานแบบปรับได้กำลังสูงที่ความยาวคลื่นปั๊ม 1074 นาโนเมตร ที่มา: Zhang Yang และคณะ, เลเซอร์ไฟเบอร์รามานแบบปรับได้กำลังสูงที่แถบคลื่น 1.2 ไมโครเมตร, Frontiers of Optoelectronics (2024)