Рамановский лазер - Raman laser

А Рамановский лазер это особый тип лазер в котором основной механизм усиления света вынужденное комбинационное рассеяние. Напротив, большинство "обычных" лазеров (таких как рубиновый лазер ) полагаться на вынужденные электронные переходы для усиления света.

Особенности рамановских лазеров

Спектральная гибкость

Рамановские лазеры с оптической накачкой. Однако такая накачка не дает инверсия населения как в обычных лазерах. Скорее, фотоны накачки поглощаются и «немедленно» повторно излучаются в виде фотонов низкочастотного лазерного света («стоксовых» фотонов). вынужденное комбинационное рассеяние. Разница между двумя энергиями фотонов фиксирована и соответствует частоте колебаний усиливающей среды. Это позволяет, в принципе, создавать произвольные длины волн лазерного излучения за счет соответствующего выбора длины волны лазера накачки. Это отличается от обычных лазеров, в которых возможные длины выходных волн лазера определяются эмиссионные линии полученного материала.

В оптические волокна сделано из кремнезем Например, частотный сдвиг, соответствующий наибольшему усилению комбинационного рассеяния, составляет около 13,2 ТГц. в ближний инфракрасный, это соответствует разделению длин волн между светом накачки и выходным светом лазера около 100 нм.

Типы рамановских лазеров

Первый рамановский лазер, реализованный в 1962 г. Гизела Экхардт и Э.Дж. Woodbury подержанный нитробензол как усиливающая среда, накачиваемая внутри резонатора внутри Q-переключение рубиновый лазер.[1][2] Для создания рамановских лазеров можно использовать различные другие усиливающие среды:

Рамановские волоконные лазеры

Первый непрерывная волна Рамановский лазер, использующий оптическое волокно в качестве усиливающей среды, был продемонстрирован в 1976 году.[3] В волоконных лазерах жесткое пространственное ограничение излучения накачки сохраняется на относительно больших расстояниях. Это значительно снижает пороговую мощность накачки до практического уровня и, кроме того, позволяет работать в непрерывном режиме.

В 1988 г. был создан первый волоконный ВКР-лазер на основе волоконных брэгговских решеток.[4] Волоконные решетки Брэгга являются узкополосными отражателями и действуют как зеркала резонатора лазера. Они вписываются непосредственно в сердцевину оптического волокна, используемого в качестве усиливающей среды, что устраняет значительные потери, которые ранее возникали из-за связи волокна с внешними отражателями объемного оптического резонатора.

В настоящее время коммерчески доступные рамановские лазеры на волоконной основе могут обеспечивать выходную мощность в диапазоне нескольких десятков ватт в непрерывном режиме работы. В этих устройствах обычно используется метод: каскадный, впервые предложенный в 1994 году:[5] Лазерный свет «первого порядка», который генерируется из света накачки на одном этапе сдвига частоты, остается захваченным в лазерном резонаторе и доводится до таких высоких уровней мощности, что сам действует как накачка для генерации «второго». заказать "лазерный свет, который снова смещается на ту же частоту колебаний. Таким образом, один лазерный резонатор используется для преобразования света накачки (обычно около 1060 нм) через несколько дискретных шагов в «произвольную» желаемую длину волны на выходе.

Кремниевые рамановские лазеры

Совсем недавно комбинационная генерация была продемонстрирована в кремний -основан интегрально-оптические волноводы группой Бахрама Джалали в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе в 2004 г. (импульсный режим[6]) и Intel в 2005 г. (непрерывный[7]), соответственно. Эти разработки привлекли большое внимание[8] потому что это был первый раз, когда лазер был реализован на кремнии: «классическая» генерация на электронных переходах запрещена в кристаллическом кремнии из-за его непрямой запрещенной зоны. Практические источники света на основе кремния были бы очень интересны для области кремниевая фотоника, который стремится использовать кремний не только для реализации электроники, но и для новых функций обработки света на одном кристалле.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Woodbury, E. J .; Нг, В. К. (ноябрь 1962 г.). «Операция с рубиновым лазером в ближнем ИК-диапазоне». Труды Института Радиоинженеров.. 50 (11): 2367. Дои:10.1109 / JRPROC.1962.287964.
  2. ^ Экхардт, Гизела; Hellwarth, R.W .; McClung, F.J .; Schwarz, S.E .; Weiner, D .; Вудбери, Э. Дж. (Декабрь 1962 г.). «Вынужденное комбинационное рассеяние от органических жидкостей». Phys. Rev. Lett. 9 (11): 455–457. Bibcode:1962ПхРвЛ ... 9..455Е. Дои:10.1103 / PhysRevLett.9.455.
  3. ^ Hill, K. O .; Кавасаки, Б. С .; Джонсон, Д. С. (1976). «Низкопороговый непрерывный рамановский лазер». Appl. Phys. Латыш. 29 (3): 181–183. Bibcode:1976ApPhL..29..181H. Дои:10.1063/1.89016.
  4. ^ Kean, P.N .; Sinclair, B.D .; Smith, K .; Sibbett, W .; Rowe, C.J .; Рид, Д. К. Дж. (1988). «Экспериментальная оценка волоконного рамановского генератора с отражателями на волоконных решетках». J. Mod. Opt. 35 (3): 397–406.
  5. ^ Grubb, S.G .; Эрдоган, Т .; Mizrahi, V .; Штрассер, Т .; Cheung, W. Y .; Reed, W. A .; Lemaire, P.J .; Miller, A.E .; Kosinski, S. G .; Николак, Г .; Becker, P.C .; Пекхэм, Д. В. (1994). «Каскадный рамановский усилитель 1,3 мкм в германосиликатных волокнах». Тематическое совещание по оптическим усилителям и их применению: пост-крайний документ PD3.
  6. ^ Бойраз, Оздал; Джалали, Бахрам (2004). «Демонстрация кремниевого рамановского лазера». Оптика Экспресс. 12: 5269–5273. Bibcode:2004OExpr..12.5269B. CiteSeerX  10.1.1.92.5019. Дои:10.1364 / OPEX.12.005269.
  7. ^ Ронг, Хайшэн; Джонс, Ричард; Лю, Аньшэн; Коэн, Одед; Хак, Дани; Фанг, Александр; Паничча, Марио (2005). «Рамановский кремниевый лазер непрерывного действия». Природа. 433 (7027): 725–728. Bibcode:2005Натура.433..725р. Дои:10.1038 / природа03346. PMID  15716948.
  8. ^ Джалали, Бахрам (2007). «Изготовление кремниевого лазера». Scientific American. 296: 58–65. Bibcode:2007SciAm.296b..58J. Дои:10.1038 / scientificamerican0207-58.

внешняя ссылка