หลักการปรับแต่งของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบปรับแต่งได้ (Tunable laser)

หลักการปรับแต่งของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบปรับได้(เลเซอร์ปรับจูนได้)

เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบปรับได้เป็นเลเซอร์ชนิดหนึ่งที่สามารถเปลี่ยนความยาวคลื่นของเอาต์พุตเลเซอร์ในช่วงที่กำหนดได้อย่างต่อเนื่อง เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบปรับได้ใช้การปรับความร้อน การปรับไฟฟ้า และการปรับเชิงกลเพื่อปรับความยาวของโพรง สเปกตรัมการสะท้อนแบบกริด เฟส และตัวแปรอื่นๆ เพื่อให้เกิดการปรับความยาวคลื่น เลเซอร์ประเภทนี้มีการใช้งานที่หลากหลายในการสื่อสารด้วยแสง การสเปกโตรสโคปี การตรวจจับ การแพทย์ และสาขาอื่นๆ รูปที่ 1 แสดงองค์ประกอบพื้นฐานของเลเซอร์เลเซอร์ปรับได้ซึ่งรวมถึงหน่วยเพิ่มแสง ช่อง FP ที่ประกอบด้วยกระจกด้านหน้าและด้านหลัง และหน่วยฟิลเตอร์เลือกโหมดออปติคัล สุดท้าย ด้วยการปรับความยาวของช่องสะท้อนแสง ฟิลเตอร์โหมดออปติคัลสามารถเข้าถึงเอาต์พุตการเลือกความยาวคลื่นได้

รูปที่ 1

วิธีการปรับแต่งและที่มา

หลักการปรับแต่งเสียงแบบปรับได้เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ทางกายภาพของเรโซเนเตอร์เลเซอร์เพื่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องหรือแยกจากกันในความยาวคลื่นเลเซอร์เอาต์พุต พารามิเตอร์เหล่านี้รวมถึงแต่ไม่จำกัดเพียงดัชนีหักเห ความยาวของโพรง และการเลือกโหมด ต่อไปนี้คือรายละเอียดวิธีการปรับแต่งทั่วไปหลายวิธีและหลักการของวิธีการเหล่านั้น:

1. การปรับแต่งการฉีดสารพาหะ

การปรับจูนการฉีดพาหะคือการเปลี่ยนดัชนีการหักเหของวัสดุโดยการเปลี่ยนกระแสที่ฉีดเข้าไปในบริเวณที่ใช้งานของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เพื่อให้เกิดการปรับจูนความยาวคลื่น เมื่อกระแสเพิ่มขึ้น ความเข้มข้นของพาหะในบริเวณที่ใช้งานจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ดัชนีการหักเหของแสงเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งส่งผลต่อความยาวคลื่นของเลเซอร์ในที่สุด

2. การปรับความร้อน การปรับความร้อนคือการเปลี่ยนดัชนีการหักเหของแสงและความยาวของโพรงของวัสดุโดยการเปลี่ยนอุณหภูมิการทำงานของเลเซอร์เพื่อให้เกิดการปรับความยาวคลื่น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะส่งผลต่อดัชนีการหักเหของแสงและขนาดทางกายภาพของวัสดุ

3. การปรับจูนเชิงกล การปรับจูนเชิงกลคือการปรับจูนความยาวคลื่นโดยการเปลี่ยนตำแหน่งหรือมุมขององค์ประกอบออปติกภายนอกของเลเซอร์ วิธีการปรับจูนเชิงกลทั่วไปได้แก่ การเปลี่ยนมุมของตะแกรงการเลี้ยวเบนแสงและการเลื่อนตำแหน่งของกระจก

4 การปรับจูนแบบออปติกไฟฟ้า การปรับจูนแบบออปติกไฟฟ้าทำได้โดยการใช้สนามไฟฟ้ากับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์เพื่อเปลี่ยนดัชนีการหักเหของแสงของวัสดุ จึงทำให้สามารถปรับความยาวคลื่นได้ วิธีการนี้มักใช้ในเครื่องควบคุมแสงไฟฟ้า (อีโอเอ็ม) และเลเซอร์ที่ปรับด้วยไฟฟ้าออปติก

โดยสรุป หลักการปรับแต่งของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบปรับได้นั้นทำได้โดยการปรับความยาวคลื่นเป็นหลักโดยการเปลี่ยนพารามิเตอร์ทางกายภาพของเรโซเนเตอร์ พารามิเตอร์เหล่านี้ได้แก่ ดัชนีการหักเหของแสง ความยาวของโพรง และการเลือกโหมด วิธีการปรับแต่งเฉพาะ ได้แก่ การปรับแต่งการฉีดพาหะ การปรับแต่งความร้อน การปรับแต่งเชิงกล และการปรับแต่งไฟฟ้าออปติก แต่ละวิธีมีกลไกทางกายภาพและการหาอนุพันธ์ทางคณิตศาสตร์เฉพาะของตัวเอง และการเลือกวิธีการปรับแต่งที่เหมาะสมจะต้องพิจารณาตามข้อกำหนดการใช้งานเฉพาะ เช่น ช่วงการปรับแต่ง ความเร็วในการปรับแต่ง ความละเอียด และความเสถียร