狭線幅レーザー技術パート 2

狭線幅レーザー技術パート 2

(3)固体レーザー

1960 年に世界初のルビー レーザーは、高出力エネルギーとより広い波長範囲を特徴とする固体レーザーでした。固体レーザーの独特な空間構造により、狭い線幅出力の設計がより柔軟になります。現在実装されている主な方式には、ショートキャビティ法、一方向リングキャビティ法、キャビティ内標準法、ねじり振り子モードキャビティ法、体積ブラッググレーティング法、シード注入法などがあります。

図 7 は、いくつかの典型的な単一縦モード固体レーザーの構造を示しています。

図 7(a) は、キャビティ内 FP 規格に基づく単一縦モード選択の動作原理を示しています。つまり、規格の狭い線幅の送信スペクトルを使用して他の縦モードの損失が増加し、他の縦モードが単一縦モード動作を実現するために、透過率が小さいためモード競合プロセスで除外されます。また、FP規格の角度と温度を制御し、縦モード間隔を変えることで、一定範囲の波長可変出力が得られます。イチジク。図７（ｂ）および（ｃ）は、単一縦モード出力を得るために使用される非平面リング発振器（ＮＰＲＯ）およびねじり振り子モード空洞法を示す。動作原理は、共振器内でビームを単一方向に伝播させ、通常の定在波キャビティ内の反転粒子数の不均一な空間分布を効果的に排除し、空間ホールバーニング効果の影響を回避して、シングル縦モード出力。バルク ブラッグ グレーティング (VBG) モード選択の原理は、前述の半導体およびファイバー狭線幅レーザーの原理と似ています。つまり、VBG をフィルター要素として使用し、その良好なスペクトル選択性と角度選択性に基づいて、発振器が図 7(d) に示すように、特定の波長または帯域で発振し、縦モード選択の役割を果たします。
同時に、必要に応じて複数の縦モード選択方法を組み合わせて、縦モード選択精度を向上させたり、線幅をさらに狭めたり、非線形周波数変換などの手段を導入してモード競合強度を高めたり、出力波長を拡大したりすることができます。狭い線幅で動作しながらレーザーを照射することは困難ですが、半導体レーザーそしてファイバーレーザー.

(4) ブリルアンレーザー

ブリルアン レーザーは、誘導ブリルアン散乱 (SBS) 効果に基づいて、低ノイズ、狭線幅出力技術を実現します。その原理は、光子と内部音響場の相互作用を通じて、ストークス光子の特定の周波数シフトを生成し、内部で連続的に増幅されます。帯域幅を獲得します。

図8にSBS変換のレベルダイアグラムとブリルアンレーザの基本構造を示します。

音場の振動周波数が低いため、材料のブリルアン周波数シフトは通常わずか 0.1 ～ 2 cm-1 であるため、1064 nm レーザーをポンプ光として使用すると、生成されるストークス波長は多くの場合わずか約 1064.01 nm ですが、これは、量子変換効率が非常に高い (理論上は最大 99.99%) ことも意味します。さらに、媒体のブリルアン利得線幅は通常 MHZ-ghz 程度にすぎないため (一部の固体媒体のブリルアン利得線幅はわずか約 10 MHz)、レーザー作動物質の利得線幅よりもはるかに小さくなります。ブリルアンレーザーで励起されたストークスは、共振器内で複数の増幅を行った後、明らかなスペクトル狭窄現象を示すことがあり、その出力線幅は数桁の大きさになります。ポンプライン幅よりも狭い。現在、ブリルアンレーザーはフォトニクス分野の研究のホットスポットとなっており、HzやサブHzオーダーの極めて狭い線幅出力について多くの報告がなされている。

近年、導波路構造を持ったブリルアン素子が分野で登場しています。マイクロ波フォトニクス、小型化、高集積化、高解像度化の方向に急速に発展しています。さらに、ダイヤモンドなどの新しい結晶材料をベースにした宇宙走行ブリルアンレーザーも、過去 2 年間で人々の視野に入りました。その導波路構造の力とカスケード SBS ボトルネックにおける革新的なブレークスルーは、ブリルアンレーザーの力です。最大 10 W までの出力を実現し、アプリケーションを拡大するための基礎を築きました。
一般ジャンクション
最先端の知識の継続的な探求により、単一周波数の狭線幅を使用する重力波検出用レーザー干渉計LIGOなど、狭線幅レーザーはその優れた性能により科学研究に欠かせないツールとなっています。レーザシード光源として波長 1064 nm を使用し、シード光の線幅は 5 kHz 以内です。さらに、波長調整可能でモードジャンプのない狭幅レーザーは、特にコヒーレント通信において大きな応用可能性を示しており、波長（または周波数）の波長分割多重（WDM）または周波数分割多重（FDM）のニーズを完全に満たすことができます。 ）チューナビリティに優れており、次世代移動通信技術の中核デバイスとなることが期待されています。
将来的には、レーザー材料と加工技術の革新により、レーザー線幅の圧縮、周波数安定性の向上、波長範囲の拡大、出力の向上がさらに促進され、人類による未知の世界の探索への道が開かれるでしょう。