Ayarlanabilir lazer - Tunable laser

Rhodamine 6G bazlı CW boya lazeri . Boya lazeri, geniş çapta ayarlanabilen ilk lazer olarak kabul edilir.

Bir ayarlanabilir lazer a, lazer olan dalga boyu işleminin kontrollü bir şekilde değiştirilebilir. Tüm lazer kazançlı ortamlar , çıkış dalga boyunda küçük kaymalara izin verirken , yalnızca birkaç lazer türü, önemli bir dalga boyu aralığında sürekli ayarlamaya izin verir.

Ayarlanabilir lazerlerin birçok türü ve kategorisi vardır. Gaz, sıvı ve katı halde bulunurlar. Ayarlanabilir lazer türleri arasında eksimer lazerler , gaz lazerleri ( CO 2 ve He-Ne lazerler gibi), boya lazerleri (sıvı ve katı hal), geçiş metali katı hal lazerleri , yarı iletken kristal ve diyot lazerler ve serbest elektron lazerleri bulunur. . Ayarlanabilir lazerler spektroskopi , fotokimya , atomik buhar lazer izotop ayrımı ve optik iletişim alanlarında uygulama bulur .

Ayarlanabilirlik türleri

Tek hat ayarı

Hiçbir gerçek lazer gerçekten tek renkli olmadığından , tüm lazerler , lazer geçişinin çizgi genişliği olarak bilinen bazı frekans aralıklarında ışık yayabilir . Çoğu lazerde, bu çizgi genişliği oldukça dardır (örneğin, bir Nd:YAG lazerin 1.064 nm dalga boyu geçişi , yaklaşık 120 GHz veya 0.45 nm'lik bir çizgi genişliğine sahiptir). Lazer çıkışının bu aralık boyunca ayarlanması, boşluğun belirli bir uzunlamasına modunun seçimini sağlamak için dalga boyu seçici optik elemanların ( etalon gibi ) lazerin optik boşluğuna yerleştirilmesiyle elde edilebilir .

Çok hatlı ayar

Çoğu lazer kazanç ortamı, üzerinde lazer işleminin gerçekleştirilebileceği bir dizi geçiş dalga boyuna sahiptir. Örneğin, ana 1.064 nm çıkış hattının yanı sıra Nd:YAG, 1.052 nm, 1.074 nm, 1.112 nm, 1.319 nm ve bir dizi başka hat dalga boylarında daha zayıf geçişlere sahiptir. Genellikle, bu hatlar, en güçlü geçişin kazancı bastırılmadıkça çalışmaz; örneğin, dalga boyu seçici dielektrik aynaların kullanılmasıyla . Bir Eğer dağıtıcı eleman, örneğin bir şekilde prizma , farklı lazer çizgileri "atlama" olarak lazer ayar neden olabilir kavitedeki aynalar eğerek, optik boşluk içine sokulur. Bu gibi programları yaygın olan argon - iyon lazeri çizgilerin bir dizi lazer ayar sağlayan, ultraviyole ve mavi üzerine yeşil dalga boyu.

Dar bant ayarı

Bazı lazer türleri için, lazerin boşluk uzunluğu değiştirilebilir ve böylece önemli bir dalga boyu aralığında sürekli olarak ayarlanabilirler. Dağıtılmış geri beslemeli (DFB) yarı iletken lazerler ve dikey boşluk yüzey yayan lazerler (VCSEL'ler) , optik boşluğun aynalarını oluşturmak için periyodik olarak dağıtılmış Bragg reflektör (DBR) yapıları kullanır. Eğer sıcaklık lazerin değiştirilir DBR yapısının göstergesi değişiklik böylece bir tepe yansıtıcı dalga boyunda bir kayma ve lazerin dalga boyu neden olur. Bu tür lazerlerin ayar aralığı, lazer sıcaklığı ~50 K üzerinde değiştiğinden, tipik olarak birkaç nanometre, maksimum yaklaşık 6 nm'ye kadardır . Genel bir kural olarak, dalga boyu, 1,550 nm dalga boyu rejiminde çalışan DFB lazerler için 0,08 nm/K ile ayarlanır. Bu tür lazerler , sinyal dalga boyunun ayarlanmasına izin vermek için DWDM sistemleri gibi optik iletişim uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır . Bu tekniği kullanarak geniş bant ayarı elde etmek için, Santur Corporation veya Nippon Telegraph and Telephone (NTT Corporation) gibi bazıları tek bir çip üzerinde bu tür lazerler dizisi içerir ve ayar aralıklarını birleştirir.

Geniş ölçüde ayarlanabilir lazerler

Tipik bir lazer diyotu. Harici optiklerle monte edildiğinde bu lazerler esas olarak kırmızı ve yakın kızılötesinde ayarlanabilir.

Numune Izgaralı Dağıtılmış Bragg Reflektör lazerleri (SG-DBR) çok daha geniş bir ayarlanabilir aralığa sahiptir, verniye ile ayarlanabilir Bragg aynaları ve bir faz bölümü kullanılarak >50 nm'lik tek modlu bir çıkış aralığı seçilebilir. DWDM sistemleri için geniş ayar aralıkları elde etmek için diğer teknolojiler şunlardır:

  • Iolon tarafından ticarileştirilen cihazlar gibi, boşluk uzunluğunu ayarlamak için bir MEMS yapısı kullanan dış boşluk lazerleri .
  • Geniş aralıklı ayarlanabilirlik için çoklu prizma ızgara düzenlemeleri kullanan dış boşluk lazerleri.
  • Birkaç termal ayarlı DFB lazerine dayalı DFB lazer dizileri: Doğru lazer çubuğunun seçilmesiyle kaba ayar elde edilir. İnce ayar daha sonra, Santur Corporation tarafından ticarileştirilen cihazlar gibi termal olarak yapılır .
  • Ayarlanabilir VCSEL: İki ayna yığınından biri hareketlidir. Bir VCSEL yapısından yeterli çıkış gücü elde etmek için, 1.550 nm alanındaki lazerler genellikle ya optik olarak pompalanır ya da cihaza yerleşik ek bir optik amplifikatöre sahiptir.

Aralık 2008 itibariyle, DWDM -sistem uygulaması için artık piyasada bulunan geniş çapta ayarlanabilen bir VCSEL bulunmamaktadır .

Birden fazla oktav ayarlanabilen ilk kızılötesi lazerin bir germanyum kristal lazer olduğu iddia ediliyor.

Uygulamalar

Ayarlanabilir lazerlerin uygulama yelpazesi son derece geniştir. Doğru filtreye bağlandığında, ayarlanabilir bir kaynak, dalga boyu aralığına bağlı olarak 4 nm ila 0,3 nm arasında değişebilen bir spektral çözünürlükle birkaç yüz nanometre üzerinde ayarlanabilir . Yeterince iyi bir izolasyon (>OD4) ile, temel absorpsiyon ve fotolüminesans çalışması için ayarlanabilir kaynak kullanılabilir . Bir cihazın harici kuantum verimliliğinin (EQE) haritalanabileceği bir ışık huzmesi ile indüklenen akım (LBIC) deneyinde güneş pillerinin karakterizasyonu için kullanılabilir . 400 nm ila 1.000 nm arasında geniş bir ayarlanabilir aralığın gerekli olduğu altın nanoparçacıkların ve tek duvarlı karbon nanotüp termopilin karakterizasyonu için de kullanılabilir . Geniş bir dalga boyu aralığının, küçük bir bant genişliğinin ve olağanüstü izolasyonun tüm retinanın verimli bir şekilde aydınlatılması için çok önemli olduğu retina hastalıklarının erken tespiti için hiperspektral görüntülemenin geliştirilmesi için yakın zamanda ayarlanabilir kaynaklar kullanıldı . Ayarlanabilir kaynak, yansıma ve iletim spektroskopisi , fotobiyoloji , dedektör kalibrasyonu, hiperspektral görüntüleme ve kararlı durum pompalı prob deneyi için güçlü bir araç olabilir .

Tarih

İlk gerçek geniş ayarlanabilen lazer 1966'da boya lazeriydi . Hänsch , 1972'de ilk dar çizgi genişliğiyle ayarlanabilen lazeri piyasaya sürdü. Boya lazerleri ve bazı vibronik katı hal lazerleri, onlarca ila yüzlerce nanometre aralığında ayarlamaya izin veren son derece geniş bant genişliklerine sahiptir. . Titanyum katkılı safir , 670 nm'den 1100 nm dalga boyuna kadar lazerle çalışabilen en yaygın ayarlanabilir katı hal lazeridir. Tipik olarak bu lazer sistemleri , lazeri ayarlamak için döndürülen lazer boşluğuna bir Lyot filtresi içerir . Diğer ayarlama teknikleri, kırınım ızgaralarını, prizmaları, etalonları ve bunların kombinasyonlarını içerir. Duarte tarafından açıklandığı gibi çeşitli konfigürasyonlarda çoklu prizma ızgara düzenlemeleri diyot, boya, gaz ve diğer ayarlanabilir lazerlerde kullanılır.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma