อะไรคือเลเซอร์เส้นแคบ?
เลเซอร์เส้นกว้างแคบ คำว่า “ความกว้างของเส้น” หมายถึงความกว้างของเส้นสเปกตรัมของเลเซอร์ในโดเมนความถี่ ซึ่งโดยปกติจะวัดเป็นค่าความกว้างเต็มสเปกตรัมครึ่งพีค (FWHM) ความกว้างของเส้นจะได้รับผลกระทบส่วนใหญ่จากการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นเองของอะตอมหรือไอออนที่ถูกกระตุ้น สัญญาณรบกวนเฟส การสั่นทางกลของเรโซเนเตอร์ ความสั่นไหวของอุณหภูมิ และปัจจัยภายนอกอื่นๆ ยิ่งค่าความกว้างของเส้นมีค่าน้อย ความบริสุทธิ์ของสเปกตรัมก็จะยิ่งสูงขึ้น นั่นคือ ความเป็นเอกภาพของเลเซอร์จะดีขึ้น เลเซอร์ที่มีลักษณะดังกล่าวมักจะมีสัญญาณรบกวนเฟสหรือความถี่น้อยมาก และสัญญาณรบกวนความเข้มสัมพัทธ์น้อยมาก ในขณะเดียวกัน ยิ่งค่าความกว้างเชิงเส้นของเลเซอร์มีค่าน้อย ความสอดคล้องที่สอดคล้องกันก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น ซึ่งแสดงออกมาในรูปของความยาวความสอดคล้องที่ยาวมาก
การสร้างและการใช้งานเลเซอร์เส้นแคบ
เนื่องจากถูกจำกัดด้วยความกว้างของเส้นเกนโดยธรรมชาติของสารทำงานของเลเซอร์ จึงแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะรับรู้เอาต์พุตของเลเซอร์ความกว้างของเส้นแคบโดยตรงโดยอาศัยออสซิลเลเตอร์แบบดั้งเดิมเอง เพื่อให้บรรลุการทำงานของเลเซอร์ความกว้างของเส้นแคบ โดยปกติแล้วจำเป็นต้องใช้ฟิลเตอร์ กริดติ้ง และอุปกรณ์อื่นๆ เพื่อจำกัดหรือเลือกโมดูลัสตามยาวในสเปกตรัมเกน เพิ่มความแตกต่างของเกนสุทธิระหว่างโหมดตามยาว เพื่อให้มีการสั่นของโหมดตามยาวเพียงไม่กี่โหมดหรือแม้แต่โหมดเดียวในเรโซเนเตอร์เลเซอร์ ในกระบวนการนี้ มักจำเป็นต้องควบคุมอิทธิพลของสัญญาณรบกวนต่อเอาต์พุตของเลเซอร์ และลดการขยายของเส้นสเปกตรัมที่เกิดจากการสั่นสะเทือนและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมภายนอกให้น้อยที่สุด ในขณะเดียวกัน ยังสามารถรวมกับการวิเคราะห์ความหนาแน่นของสเปกตรัมสัญญาณรบกวนเฟสหรือความถี่เพื่อทำความเข้าใจแหล่งที่มาของสัญญาณรบกวนและปรับให้การออกแบบเลเซอร์เหมาะสมที่สุด เพื่อให้ได้เอาต์พุตเลเซอร์ความกว้างของเส้นแคบที่เสถียร
มาดูการใช้งานการทำงานความกว้างเส้นแคบของเลเซอร์หลายประเภทกัน
เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์มีข้อได้เปรียบคือขนาดกะทัดรัด ประสิทธิภาพสูง อายุการใช้งานยาวนาน และมีประโยชน์ทางเศรษฐกิจ
เครื่องสะท้อนเสียงแบบออปติคัล Fabry-Perot (FP) ที่ใช้ในแบบดั้งเดิมเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์โดยทั่วไปจะแกว่งในโหมดหลายตามยาว และความกว้างของเส้นเอาท์พุตค่อนข้างกว้าง ดังนั้น จึงจำเป็นต้องเพิ่มการตอบสนองแบบออปติคัลเพื่อให้ได้เอาท์พุตที่มีความกว้างของเส้นแคบ
เลเซอร์แบบป้อนกลับแบบกระจาย (DFB Laser) และเลเซอร์แบบสะท้อนแบบกระจาย (Distributed Bragg reflection หรือ DBR) เป็นเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ป้อนกลับแบบออปติกภายในสองชนิดทั่วไป เนื่องจากระยะห่างระหว่างกริดที่เล็กและการเลือกความยาวคลื่นที่ดี จึงทำให้สามารถสร้างเอาต์พุตเส้นความกว้างแคบที่ความถี่เดียวได้อย่างเสถียร ความแตกต่างหลักระหว่างโครงสร้างทั้งสองคือตำแหน่งของกริด โดยโครงสร้างเลเซอร์ DFB มักจะกระจายโครงสร้างเป็นระยะของกริด Bragg ไปทั่วทั้งเรโซเนเตอร์ และเรโซเนเตอร์ของ DBR มักจะประกอบด้วยโครงสร้างกริดสะท้อนแสงและบริเวณเกนที่รวมเข้ากับพื้นผิวปลาย นอกจากนี้ เลเซอร์ DFB ยังใช้กริดฝังที่มีคอนทราสต์ดัชนีหักเหต่ำและค่าการสะท้อนแสงต่ำ เลเซอร์ DBR ใช้กริดพื้นผิวที่มีคอนทราสต์ดัชนีหักเหสูงและค่าการสะท้อนแสงสูง โครงสร้างทั้งสองมีช่วงสเปกตรัมอิสระขนาดใหญ่และสามารถปรับความยาวคลื่นได้โดยไม่มีโหมดกระโดดในช่วงไม่กี่นาโนเมตร ซึ่งเลเซอร์ DBR มีช่วงการปรับที่กว้างกว่าดีเอฟบี เลเซอร์นอกจากนี้ เทคโนโลยีการตอบรับแสงแบบโพรงภายนอก ซึ่งใช้องค์ประกอบออปติกภายนอกในการตอบรับแสงขาออกของชิปเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ และเลือกความถี่ ยังสามารถทำการทำงานความกว้างเส้นแคบของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ได้อีกด้วย
(2) ไฟเบอร์เลเซอร์
ไฟเบอร์เลเซอร์มีประสิทธิภาพการแปลงปั๊มสูง คุณภาพลำแสงดี และประสิทธิภาพการเชื่อมต่อสูง ซึ่งเป็นหัวข้อการวิจัยที่ได้รับความนิยมในสาขาเลเซอร์ ในบริบทของยุคข้อมูล ไฟเบอร์เลเซอร์มีความเข้ากันได้ดีกับระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงในตลาดปัจจุบัน ไฟเบอร์เลเซอร์ความถี่เดียวที่มีข้อได้เปรียบของความกว้างของเส้นแคบ เสียงรบกวนต่ำ และความสอดคล้องที่ดี ได้กลายเป็นหนึ่งในทิศทางสำคัญของการพัฒนา
การทำงานในโหมดตามยาวเดี่ยวเป็นแกนหลักของไฟเบอร์เลเซอร์เพื่อให้ได้เอาต์พุตความกว้างของเส้นที่แคบ โดยปกติจะแบ่งตามโครงสร้างของเรโซเนเตอร์ของไฟเบอร์เลเซอร์ความถี่เดียวได้เป็นประเภท DFB ประเภท DBR และประเภทวงแหวน ในหมู่พวกเขา หลักการทำงานของเลเซอร์ไฟเบอร์ความถี่เดียว DFB และ DBR นั้นคล้ายคลึงกับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ DFB และ DBR
ในปี 1960 เลเซอร์ทับทิมตัวแรกของโลกเป็นเลเซอร์โซลิดสเตต ซึ่งมีลักษณะเด่นคือมีพลังงานเอาต์พุตสูงและครอบคลุมความยาวคลื่นที่กว้างขึ้น โครงสร้างเชิงพื้นที่เฉพาะของเลเซอร์โซลิดสเตตทำให้มีความยืดหยุ่นมากขึ้นในการออกแบบเอาต์พุตเส้นความกว้างที่แคบ ปัจจุบัน วิธีหลักที่นำมาใช้ ได้แก่ วิธีโพรงสั้น วิธีโพรงวงแหวนทางเดียว วิธีมาตรฐานภายในโพรง วิธีโพรงแบบลูกตุ้มบิด วิธีการกริดบรากก์แบบปริมาตร และวิธีการฉีดเมล็ดพืช
เวลาโพสต์: 03-06-2025