การใช้งานเลเซอร์บางชนิดต้องการให้เลเซอร์มีเส้นตรงที่แคบมาก ซึ่งก็คือสเปกตรัมที่แคบ เลเซอร์เส้นความกว้างแคบหมายถึงเลเซอร์ความถี่เดียว นั่นคือ ค่าเลเซอร์จะมีโหมดโพรงเรโซแนนซ์ และเสียงเฟสต่ำมาก ดังนั้นความบริสุทธิ์ของสเปกตรัมจึงสูงมาก โดยทั่วไปแล้วเลเซอร์ดังกล่าวจะมีสัญญาณรบกวนที่มีความเข้มต่ำมาก
เลเซอร์ที่มีความกว้างของเส้นแคบที่สำคัญที่สุดมีดังต่อไปนี้:
1. เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ เลเซอร์ไดโอดแบบป้อนกลับแบบกระจาย (เลเซอร์ DFB) และเลเซอร์สะท้อนแบบ Bragg แบบกระจาย (เลเซอร์ DBR) มักใช้กันมากที่สุดในภูมิภาค 1500 หรือ 1000 นาโนเมตร พารามิเตอร์การทำงานทั่วไปคือกำลังเอาต์พุตหลายสิบมิลลิวัตต์ (บางครั้งมากกว่า 100 มิลลิวัตต์) และความกว้างของเส้นหลาย MHz
2. เส้นตรงที่แคบลงอาจทำได้ด้วยเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ ตัวอย่างเช่น โดยการขยายตัวสะท้อนด้วยไฟเบอร์โหมดเดียวที่มีตะแกรงแบรกก์ไฟเบอร์แนร์โรว์แบนด์ หรือโดยการใช้เลเซอร์ไดโอดช่องภายนอก เมื่อใช้วิธีการนี้ จะทำให้มีความกว้างของเส้นแคบเป็นพิเศษที่หลาย kHz หรือน้อยกว่า 1kHz ได้
3. ไฟเบอร์เลเซอร์ป้อนกลับแบบกระจายขนาดเล็ก (ตัวสะท้อนที่ทำจากตะแกรงไฟเบอร์ Bragg แบบพิเศษ) สามารถสร้างกำลังเอาท์พุตได้หลายสิบมิลลิวัตต์โดยมีความกว้างของเส้นในช่วง kHz
4. เลเซอร์ตัวโซลิดสเตตแบบปั๊มไดโอดที่มีตัวสะท้อนวงแหวนที่ไม่ใช่ระนาบยังสามารถรับความกว้างของเส้นหลาย kHz ในขณะที่กำลังเอาต์พุตค่อนข้างสูงในลำดับที่ 1W แม้ว่าความยาวคลื่นทั่วไปจะอยู่ที่ 1,064 นาโนเมตร แต่ก็อาจมีความยาวคลื่นอื่นๆ เช่น 1300 หรือ 1500 นาโนเมตรได้เช่นกัน
ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อความกว้างของเส้นเลเซอร์ที่แคบ
เพื่อให้ได้เลเซอร์ที่มีแบนด์วิธการแผ่รังสีที่แคบมาก (ความกว้างของเส้น) จำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยต่อไปนี้ในการออกแบบเลเซอร์:
ขั้นแรก จำเป็นต้องบรรลุการทำงานความถี่เดียว ทำได้อย่างง่ายดายโดยใช้ตัวกลางเกนที่มีแบนด์วิธเกนน้อยและช่องเลเซอร์สั้น (ส่งผลให้มีช่วงสเปกตรัมอิสระขนาดใหญ่) เป้าหมายควรเป็นการทำงานความถี่เดียวที่มีความเสถียรในระยะยาวโดยไม่ต้องข้ามโหมด
ประการที่สอง จำเป็นต้องลดอิทธิพลของเสียงรบกวนจากภายนอกให้เหลือน้อยที่สุด ซึ่งจำเป็นต้องมีการตั้งค่าตัวสะท้อนกลับที่มีความเสถียร (ขาวดำ) หรือมีการป้องกันเป็นพิเศษต่อการสั่นสะเทือนทางกล เลเซอร์ที่ปั๊มด้วยไฟฟ้าจำเป็นต้องใช้กระแสหรือแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าที่มีสัญญาณรบกวนต่ำ ในขณะที่เลเซอร์ที่ปั๊มด้วยแสงจะต้องมีสัญญาณรบกวนที่มีความเข้มต่ำเป็นแหล่งกำเนิดแสงของปั๊ม นอกจากนี้ จำเป็นต้องหลีกเลี่ยงคลื่นแสงป้อนกลับทั้งหมด เช่น โดยการใช้ตัวแยกฟาราเดย์ ตามทฤษฎีแล้ว เสียงภายนอกมีอิทธิพลน้อยกว่าเสียงภายใน เช่น การเปล่งออกมาเองในตัวกลางเกน ซึ่งทำได้ง่ายเมื่อความถี่เสียงรบกวนสูง แต่เมื่อความถี่เสียงรบกวนต่ำ ผลกระทบต่อความกว้างของเส้นสายก็สำคัญที่สุด
ประการที่สาม การออกแบบเลเซอร์จำเป็นต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อลดสัญญาณรบกวนเลเซอร์ โดยเฉพาะสัญญาณรบกวนเฟส แนะนำให้ใช้กำลังภายในโพรงสูงและตัวสะท้อนเสียงยาว แม้ว่าการทำงานความถี่เดียวที่เสถียรจะทำได้ยากกว่าในกรณีนี้
การเพิ่มประสิทธิภาพของระบบจำเป็นต้องเข้าใจถึงความสำคัญของแหล่งกำเนิดเสียงต่างๆ เนื่องจากต้องมีการวัดที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิดเสียงที่โดดเด่น ตัวอย่างเช่น ความกว้างของเส้นที่ย่อให้เล็กสุดตามสมการชอว์โลว์-ทาวน์ส์ไม่จำเป็นต้องลดความกว้างของเส้นที่แท้จริงให้เหลือน้อยที่สุด ถ้าความกว้างของเส้นจริงถูกกำหนดโดยสัญญาณรบกวนทางกล
ลักษณะเสียงและข้อมูลจำเพาะด้านประสิทธิภาพ
ทั้งลักษณะสัญญาณรบกวนและตัวชี้วัดประสิทธิภาพของเลเซอร์ที่มีความกว้างของเส้นแคบเป็นปัญหาเล็กน้อย มีการกล่าวถึงเทคนิคการวัดต่างๆ ในรายการ Linewidth โดยเฉพาะอย่างยิ่ง linewidth ไม่กี่ kHz หรือน้อยกว่านั้นเป็นที่ต้องการ นอกจากนี้ การพิจารณาเฉพาะค่าความกว้างของเส้นสายเท่านั้นไม่สามารถระบุลักษณะของสัญญาณรบกวนได้ทั้งหมด จำเป็นต้องระบุสเปกตรัมสัญญาณรบกวนเฟสที่สมบูรณ์ รวมถึงข้อมูลสัญญาณรบกวนที่มีความเข้มสัมพัทธ์ ค่าความกว้างของเส้นต้องรวมกับเวลาในการวัดเป็นอย่างน้อย หรือข้อมูลอื่นๆ ที่คำนึงถึงการเคลื่อนตัวของความถี่ในระยะยาว
แน่นอนว่าการใช้งานที่แตกต่างกันมีข้อกำหนดที่แตกต่างกัน และระดับของดัชนีประสิทธิภาพเสียงที่ต้องพิจารณาในสถานการณ์จริงที่แตกต่างกัน
การประยุกต์ใช้เลเซอร์ Linewidth แบบแคบ
1. การใช้งานที่สำคัญมากอยู่ในด้านการตรวจจับ เช่น เซ็นเซอร์ไฟเบอร์ออปติกความดันหรืออุณหภูมิ การตรวจจับอินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ต่างๆ โดยใช้ LIDAR การดูดซับที่แตกต่างกันในการตรวจจับและติดตามก๊าซ และใช้ Doppler LIDAR เพื่อวัดความเร็วลม เซนเซอร์ไฟเบอร์ออปติกบางตัวต้องการความกว้างของเส้นเลเซอร์หลาย kHz ในขณะที่การวัด LIDAT ความกว้างของเส้น 100kHz ก็เพียงพอแล้ว
2. การวัดความถี่แสงต้องใช้ความกว้างของแหล่งกำเนิดที่แคบมาก ซึ่งต้องใช้เทคนิคการรักษาเสถียรภาพเพื่อให้บรรลุ
3. ระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงมีข้อกำหนดที่ค่อนข้างหลวมเกี่ยวกับความกว้างของเส้น และส่วนใหญ่จะใช้สำหรับเครื่องส่งสัญญาณหรือสำหรับการตรวจจับหรือการวัด
ลิขสิทธิ์ @ 2020 Shenzhen Box Optronics Technology Co., Ltd. - China Fiber Optic Modules, Fiber Coupled Lasers Manufacturers, Laser Components Suppliers All Rights Reserved.
