Kapeat - rivinleveyslaserit ovat ratkaisevan tärkeitä monissa sovelluksissa, mukaan lukien tarkkuuden tunnistaminen, spektroskopia ja kvanttitiede. Spektrin leveyden lisäksi spektrin muoto on myös tärkeä tekijä erityisestä sovelluksesta riippuen. Esimerkiksi laserviivan molemmin puolin voima voi tuoda virheitä kvanttibittien optisessa manipuloinnissa ja vaikuttaa atomikellojen tarkkuuteen. Lasertaajuusmelun suhteen spontaani emissiota tuottavat Fourier -komponentit laser -tilaan ylittävät tyypillisesti 105 Hz: n, ja nämä komponentit määrittävät amplitudin linjanleveyden molemmilla puolilla. Yhdistettynä Henryn parannuskertoimeen, nämä tekijät määrittelevät yhdessä kvantirajan, joka tunnetaan nimellä Schawlow - Townes (ST) -raja, joka asettaa tehokkaan linjanleveyden saavutettavan alarajan teknisen melun, kuten ontelon värähtelyn ja pituuden ajon, poistamisen jälkeen.
Siksi kvanttikelun minimointi on kriittinen osa kapeaa - rivinleveyslaserisuunnittelua. Käytännössä haluttu viivaleveys saavutetaan säätämällä ST -rajan avaintekijät: laservoima, käyttämällä korkeita - q - tekijäonteloita ja valitsemalla vahvistusväliaineita matalan kentän amplitudin kanssa - flease -verokannan kytkentä (alhainen Henry -tekijä). Laserit, kuten titaanisapparilaserit, kuitulaserit ja ulkoiset onkalon puolijohdelaserit, ovat tyypillisiä esimerkkejä laserista, jotka kykenevät saavuttamaan Hertz - tason linjan leveys, jota tarvitaan monille vaativimmista johdonmukaisista lasersovelluksista. Tietyn sovelluksen linjanleveyden, voiman ja aallonpituusvaatimusten samanaikaisesti täyttävien laserien suunnittelu on edelleen haastava.
Macquarie -yliopiston tutkijat testasivat tätä tekniikkaa timanttikiteillä, jotka tarjoavat erinomaisen lämmön suorituskyvyn ja tarjoavat vakaan testausympäristön. He testasivat tarkoituksella luotua "kohinan" syöttöpalkkia, jonka linjaleveys oli yli 10 MHz käyttämällä timanttikidettä, jonka halkaisija oli vain muutama millimetri ontelossa. Heidän Raman -sirontatekniikansa puristi lähtölasersäteen linjan leveyden 1 kHz: ksi, niiden havaitsemisjärjestelmän rajan, saavuttaen puristuskertoimen, joka ylittää 10 000 kertaa.
Kuva 1. Yksittäinen - -puoliset PSD -mittaustulokset osoittavat pumpun siementen ja Stokes -komponenttien merkittävän kohinan kaventumisen korkeilla taajuuksilla.
Tutkimusryhmä käytti stimuloidun Raman -sironnan periaatetta suuremman - taajuuden värähtelyjen herättämiseksi materiaalin sisällä saavuttaen linjanleveyden kapeneva vaikutus tuhansia kertoja tehokkaampia kuin perinteiset menetelmät. Pohjimmiltaan tämä edustaa uutta laserspektrin puhdistustekniikkaa, jota sovelletaan erityyppisiin syöttölaseriin, mikä merkitsee lasertekniikan perustavanlaatuista läpimurtoa.
Tämä uusi tekniikka käsittelee kevyiden aaltojen vähäisiä satunnaisia ajallisia variaatioita, jotka aiheuttavat lasersäteen puhtauden vähentymisen ja vähentyneen tarkkuuden. Ihanteellisessa laserissa kaikki valon aallot tulee synkronoida täydellisesti -, mutta todellisuudessa jotkut kevyet aallot voivat johtaa hieman tai jäädä jälkeen muista, aiheuttaen valon vaiheen vaihtelut. Nämä vaihevaihtelut tuottavat "kohinaa" laserpektrissä - hämärtämällä laserin taajuutta ja vähentämällä sen värin puhtautta.
Raman -tekniikan periaatteena on muuntaa nämä ajalliset epäsäännöllisyydet värähtelyiksi timanttikiteessä, jotka absorboivat nopeasti ja hajoavat (sekunnin muutaman biljoonan sisällä). Tämä jättää jäljellä olevat valon aallot tasaisemmilla värähtelyillä, mikä johtaa suurempaan spektrin puhtauteen ja merkittävään kapenevaan vaikutukseen laserpektriin.
Kuva 2. (A) Laserjärjestelmän kaavio, joka näyttää avainkomponentit. WNG: Valkoisen kohinan generaattori, OC: Lähtökytkentä, IC: Syöttökytkin, EOM: Electro - optinen modulaattori, LBO: litium boraatti, λ/2: puoli - aaltolevy. (b) Stokes -taajuuden ajautuminen palautteella (oranssi) ja ilman palautetta (sininen). Palautetapausta varten pietsosähköinen jännite on mukana osoittamassa ajokorvausta.
Poikkeuksellisen linjanleveyden kaventumisvaikutuksensa lisäksi tutkijat havaitsivat, että sen Raman -tekniikka tarjoaa useita etuja perinteisiin Brillouin -menetelmiin verrattuna, mukaan lukien pienempien vähimmäislinjojen saavuttaminen. Näillä ultra - kapealla viivaleveyslaserilla on useita leikkauksia - reunasovellusalueita:
Kvanttitietokoneet: kvanttibittien (kvbit) manipulointi, kvanttitietojen perusyksiköt, vaatii erittäin tarkan laserhallinnan. Nykyiset laserit esittelevät vaihekohinaa, mikä johtaa virheisiin kvanttilaskennassa. Parannettu spektrin puhtaus parantaa kvanttitietokoneiden luotettavuutta.
Atomikellot: Atomikellot muodostavat GPS -navigoinnin perustan. Suurempi spektrin puhtaus parantaa niiden suorituskykyä ja voi johtaa tulevaisuudessa uusia perusfysiikan löytöjä.
Gravitaatioaallon havaitseminen: Gravitaatioaaltoilmaisimet, jotka mittaavat erittäin pieniä avaruusajan vääristymiä, voivat muuttua herkemmiksi käyttämällä lasersäteitä, joilla on kapeammat viivaleveydet, mahdollisesti mahdollistaa heikompien signaalien havaitsemisen kaukaisista kosmisista tapahtumista.
