อะไรคือเลเซอร์เส้นแคบ?
เลเซอร์เส้นกว้างแคบ คำว่า "ความกว้างของเส้น" หมายถึงความกว้างของเส้นสเปกตรัมของเลเซอร์ในโดเมนความถี่ ซึ่งมักจะวัดเป็นค่าความกว้างเต็มสเปกตรัมครึ่งจุดสูงสุด (FWHM) ความกว้างของเส้นแสงส่วนใหญ่ได้รับผลกระทบจากการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นเองของอะตอมหรือไอออนที่ถูกกระตุ้น สัญญาณรบกวนเฟส การสั่นสะเทือนเชิงกลของเรโซเนเตอร์ ความสั่นไหวของอุณหภูมิ และปัจจัยภายนอกอื่นๆ ยิ่งค่าความกว้างของเส้นแสงมีค่าน้อย ความบริสุทธิ์ของสเปกตรัมก็จะยิ่งสูงขึ้น นั่นคือ เลเซอร์ที่มีสีเดียว (monochromaticity) ดีขึ้น เลเซอร์ที่มีคุณสมบัติเช่นนี้มักจะมีสัญญาณรบกวนเฟสหรือความถี่น้อยมาก และมีสัญญาณรบกวนความเข้มสัมพัทธ์น้อยมาก ในขณะเดียวกัน ยิ่งค่าความกว้างเชิงเส้นของเลเซอร์มีค่าน้อยเท่าใด ความสอดคล้องที่สอดคล้องกันก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น ซึ่งแสดงออกมาในรูปของความยาวความสอดคล้องที่ยาวมาก
การสร้างและการประยุกต์ใช้เลเซอร์เส้นแคบ
ด้วยข้อจำกัดของเส้นสเปกตรัมเกนของสารทำงานของเลเซอร์ ทำให้แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะได้ผลลัพธ์ของเลเซอร์เส้นสเปกตรัมแคบโดยตรงโดยอาศัยออสซิลเลเตอร์แบบดั้งเดิม เพื่อให้การทำงานของเลเซอร์เส้นสเปกตรัมแคบสำเร็จได้ มักจำเป็นต้องใช้ฟิลเตอร์ เกรตติง และอุปกรณ์อื่นๆ เพื่อจำกัดหรือเลือกโมดูลัสตามยาวในสเปกตรัมเกน เพิ่มความแตกต่างของค่าเกนสุทธิระหว่างโหมดตามยาว เพื่อให้มีการสั่นของโหมดตามยาวเพียงเล็กน้อยหรือเพียงหนึ่งโหมดในเรโซเนเตอร์เลเซอร์ ในกระบวนการนี้ มักจำเป็นต้องควบคุมอิทธิพลของสัญญาณรบกวนที่มีต่อผลลัพธ์ของเลเซอร์ และลดการขยายของเส้นสเปกตรัมที่เกิดจากการสั่นสะเทือนและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมภายนอกให้น้อยที่สุด ในขณะเดียวกัน ยังสามารถใช้ร่วมกับการวิเคราะห์ความหนาแน่นของสเปกตรัมสัญญาณรบกวนเฟสหรือความถี่ เพื่อทำความเข้าใจแหล่งที่มาของสัญญาณรบกวนและปรับแต่งการออกแบบเลเซอร์ให้เหมาะสมที่สุด เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ของเลเซอร์เส้นสเปกตรัมแคบที่เสถียร
มาดูการนำการทำงานความกว้างเส้นแคบของเลเซอร์หลายประเภทมาใช้กัน
เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์มีข้อดีคือมีขนาดกะทัดรัด ประสิทธิภาพสูง อายุการใช้งานยาวนาน และมีประโยชน์ทางเศรษฐกิจ
เครื่องสะท้อนแสง Fabry-Perot (FP) ที่ใช้ในแบบดั้งเดิมเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์โดยทั่วไปจะแกว่งในโหมดหลายตามยาว และความกว้างของเส้นเอาต์พุตค่อนข้างกว้าง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเพิ่มการตอบรับทางแสงเพื่อให้ได้เอาต์พุตที่มีความกว้างของเส้นแคบ
เลเซอร์ป้อนกลับแบบกระจาย (DFB Laser) และเลเซอร์สะท้อนแบบแบรกก์แบบกระจาย (DBR) เป็นเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ป้อนกลับทางแสงภายในสองชนิดทั่วไป เนื่องจากระยะพิทช์ของเกรตติงที่แคบและการเลือกความยาวคลื่นที่ดี จึงทำให้ได้เอาต์พุตเส้นแคบที่ความถี่เดียวที่เสถียรและง่ายดาย ความแตกต่างหลักระหว่างโครงสร้างทั้งสองคือตำแหน่งของเกรตติง โครงสร้างเลเซอร์ DFB มักจะกระจายโครงสร้างเป็นระยะของเกรตติงแบรกก์ไปทั่วเรโซเนเตอร์ และเรโซเนเตอร์ของ DBR มักประกอบด้วยโครงสร้างเกรตติงสะท้อนแสงและบริเวณเกนที่รวมเข้ากับพื้นผิวปลาย นอกจากนี้ เลเซอร์ DFB ยังใช้เกรตติงแบบฝังที่มีคอนทราสต์ดัชนีหักเหต่ำและค่าการสะท้อนแสงต่ำ เลเซอร์ DBR ใช้เกรตติงพื้นผิวที่มีคอนทราสต์ดัชนีหักเหสูงและการสะท้อนแสงสูง โครงสร้างทั้งสองมีช่วงสเปกตรัมอิสระที่กว้างและสามารถปรับความยาวคลื่นได้โดยไม่มีโหมดกระโดดในช่วงไม่กี่นาโนเมตร ในขณะที่เลเซอร์ DBR มีช่วงการปรับที่กว้างกว่าดีเอฟบี เลเซอร์นอกจากนี้ เทคโนโลยีการตอบรับแสงแบบโพรงภายนอก ซึ่งใช้องค์ประกอบแสงภายนอกในการตอบรับแสงขาออกจากชิปเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์และเลือกความถี่ ยังสามารถทำการทำงานด้วยความกว้างเส้นที่แคบของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ได้อีกด้วย
(2) เลเซอร์ไฟเบอร์
เลเซอร์ไฟเบอร์มีประสิทธิภาพการแปลงปั๊มสูง คุณภาพลำแสงดี และประสิทธิภาพการเชื่อมต่อสูง ซึ่งเป็นหัวข้อวิจัยที่ได้รับความนิยมอย่างมากในวงการเลเซอร์ ในยุคข้อมูลข่าวสาร เลเซอร์ไฟเบอร์มีความเข้ากันได้ดีกับระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงในปัจจุบัน เลเซอร์ไฟเบอร์ความถี่เดียวที่มีข้อได้เปรียบด้านความกว้างของเส้นแคบ สัญญาณรบกวนต่ำ และค่าความสอดคล้องที่ดี ได้กลายเป็นหนึ่งในทิศทางสำคัญของการพัฒนา
การทำงานแบบโหมดตามยาวเดี่ยวเป็นหัวใจสำคัญของเลเซอร์ไฟเบอร์เพื่อให้ได้เอาต์พุตที่มีความกว้างของเส้นแคบ โดยทั่วไปแล้วเลเซอร์ไฟเบอร์ความถี่เดียวสามารถแบ่งตามโครงสร้างของเรโซเนเตอร์ได้เป็นประเภท DFB, DBR และ Ring เลเซอร์ไฟเบอร์ความถี่เดียว DFB และ DBR มีหลักการทำงานคล้ายคลึงกับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ DFB และ DBR
ในปี พ.ศ. 2503 เลเซอร์ทับทิมตัวแรกของโลกเป็นเลเซอร์โซลิดสเตต ซึ่งโดดเด่นด้วยพลังงานเอาต์พุตสูงและครอบคลุมความยาวคลื่นได้กว้างกว่า โครงสร้างเชิงพื้นที่ที่เป็นเอกลักษณ์ของเลเซอร์โซลิดสเตตทำให้มีความยืดหยุ่นมากขึ้นในการออกแบบเอาต์พุตเส้นความกว้างแคบ ปัจจุบัน วิธีการหลักที่นำมาใช้ ได้แก่ วิธีโพรงสั้น วิธีโพรงวงแหวนทางเดียว วิธีมาตรฐานภายในโพรง วิธีโพรงแบบลูกตุ้มบิด วิธีโพรงแบบปริมาตรแบรกก์เกรตติง และวิธีการฉีดเมล็ด
เวลาโพสต์: 03 มิ.ย. 2568