Войти
Непрерывный лазер на красителях на основе родамин 6Ж. Лазер на красителях считается первым широко настраиваемым лазером. Перестраиваемый лазер является лазером, чья длина волны работы может быть изменен контролируемым образом. В то время как все средства усиления лазера допускают небольшие сдвиги в выходной длине волны, только несколько типов лазеров позволяют непрерывную настройку в значительном диапазоне длин волн.
Есть много типов и категорий перестраиваемых лазеров. Они существуют в газообразном, жидком и твердом состоянии. К типам перестраиваемых лазеров относятся эксимерные лазеры, газовые лазеры (например, CO 2 и He-Ne лазеры), лазеры на красителях (жидкие и твердотельные), твердотельные лазеры на переходных металлах, полупроводниковые кристаллы и диодные лазеры, а также лазеры на свободных электронах.. Перестраиваемые лазеры находят применение в спектроскопии, фотохимии, лазерном разделении изотопов на атомных парах и оптической связи.
Поскольку ни один настоящий лазер не является по-настоящему монохроматическим, все лазеры могут излучать свет в некотором диапазоне частот, известном как ширина линии лазерного перехода. В большинстве лазеров эта ширина линии довольно узкая (например, длина волны перехода 1064 нм лазера Nd: YAG имеет ширину линии приблизительно 120 ГГц или 0,45 нм). Регулировка выходной мощности лазера в этом диапазоне может быть достигнута путем помещения оптических элементов с избирательной длиной волны (таких как эталон ) в оптический резонатор лазера, чтобы обеспечить выбор конкретной продольной моды резонатора.
Большинство усиливающих сред лазера имеют ряд длин волн перехода, на которых может работать лазер. Например, помимо основной выходной линии 1064 нм, Nd: YAG имеет более слабые переходы на длинах волн 1052 нм, 1074 нм, 1112 нм, 1319 нм и ряд других линий. Обычно эти линии не работают, если усиление самого сильного перехода не подавлено; например, с помощью диэлектрических зеркал с избирательной длиной волны. Если в оптический резонатор вводится диспергирующий элемент, например призма, наклон зеркал резонатора может вызвать настройку лазера, поскольку он «прыгает» между различными лазерными линиями. Такие схемы являются общими в аргоне - ионных лазеров, позволяя настройку лазера на ряд линий от ультрафиолетового и синего до зеленого длин волн.
Для некоторых типов лазеров длина резонатора лазера может быть изменена, и, таким образом, их можно непрерывно настраивать в значительном диапазоне длин волн. Полупроводниковые лазеры с распределенной обратной связью (DFB) и лазеры с вертикальным резонатором с поверхностным излучением (VCSEL) используют структуры периодических распределенных брэгговских отражателей (DBR) для формирования зеркал оптического резонатора. Если температура лазера изменяется, изменение показателя структуры РБО вызывает сдвиг его максимальной длины волны отражения и, следовательно, длины волны лазера. Диапазон перестройки таких лазеров обычно составляет несколько нанометров, до максимума примерно 6 нм, так как температура лазера изменяется в течение ~ 50 K. Как правило, длина волны настраивается на 0,08 нм / K для DFB-лазеров, работающих в режиме длины волны 1550 нм. Такие лазеры обычно используются в приложениях оптической связи, таких как системы DWDM, чтобы регулировать длину волны сигнала. Чтобы получить широкополосную настройку с использованием этого метода, некоторые, такие как Santur Corporation или Nippon Telegraph and Telephone (NTT Corporation), содержат массив таких лазеров на одном кристалле и объединяют диапазоны настройки.
Типичный лазерный диод. При установке с внешней оптикой эти лазеры могут быть настроены в основном на красный и ближний инфракрасный диапазоны. Образцы лазеров с распределенным брэгговским отражателем (SG-DBR) имеют гораздо больший диапазон перестройки, за счет использования перестраиваемых брэгговских зеркал с нониусом и фазовой секции можно выбрать одномодовый выходной диапазонgt; 50 нм. Другие технологии для достижения широких диапазонов настройки для DWDM- систем:
По состоянию на декабрь 2008 года коммерчески доступный широко настраиваемый VCSEL для приложений DWDM-системы больше не существует.
Утверждается, что первым инфракрасным лазером с возможностью перестройки более одной октавы был лазер на кристалле германия.
Спектр применения перестраиваемых лазеров чрезвычайно широк. При подключении к правильному фильтру настраиваемый источник может быть настроен на несколько сотен нанометров со спектральным разрешением, которое может изменяться от 4 нм до 0,3 нм, в зависимости от диапазона длин волн. При достаточно хорошей изоляции (gt; OD4) перестраиваемый источник может использоваться для исследования основного поглощения и фотолюминесценции. Его можно использовать для определения характеристик солнечных элементов в эксперименте с током, индуцированным световым лучом (LBIC), на основе которого можно отобразить внешнюю квантовую эффективность (EQE) устройства. Его также можно использовать для характеристики наночастиц золота и термобатареи из однослойных углеродных нанотрубок, где необходим широкий диапазон настройки от 400 до 1000 нм. Настраиваемые источники недавно использовались для разработки гиперспектральных изображений для раннего обнаружения заболеваний сетчатки, где широкий диапазон длин волн, малая полоса пропускания и исключительная изоляция имеют решающее значение для достижения эффективного освещения всей сетчатки. Перестраиваемый источник может быть мощным инструментом для отражения и передачи спектроскопии, фотобиологии, калибровки детектора, гиперспектральных изображений и стационарного насоса зонда эксперимента, чтобы назвать только некоторые из них.
Первым по-настоящему широко перестраиваемым лазером был лазер на красителях в 1966 году. Хэнш представил первый перестраиваемый лазер с узкой шириной линии в 1972 году. Лазеры на красителях и некоторые вибронные твердотельные лазеры имеют чрезвычайно большую полосу пропускания, что позволяет настраивать их в диапазоне от десятков до сотен нанометров.. Сапфир, легированный титаном, является наиболее распространенным перестраиваемым твердотельным лазером, способным работать с длиной волны от 670 нм до 1100 нм. Обычно эти лазерные системы включают фильтр Лио в резонатор лазера, который вращается для настройки лазера. Другие методы настройки включают дифракционные решетки, призмы, эталоны и их комбинации. Множественные призматические решетки в нескольких конфигурациях, как описано Дуарте, используются в диодных, красителях, газовых и других перестраиваемых лазерах.
