Рамановский лазер
— Рамановский лазер это особый тип лазера , в котором основным механизмом усиления света является вынужденное комбинационное рассеяние . Напротив, большинство «обычных» лазеров (таких как рубиновый лазер ) полагаются на стимулированные электронные переходы для усиления света.
рамановских свойства Особые лазеров
гибкость Спектральная
Рамановские лазеры имеют оптическую накачку . Однако эта накачка не приводит к инверсии населенностей , как в обычных лазерах. Скорее, фотоны накачки поглощаются и «немедленно» переизлучаются в виде низкочастотных фотонов лазерного света («стоксовы» фотоны) посредством вынужденного комбинационного рассеяния света . Разница между энергиями двух фотонов фиксирована и соответствует частоте колебаний усиливающей среды. Это, в принципе, позволяет создавать произвольные длины волн лазерного излучения путем соответствующего выбора длины волны лазера накачки. В этом отличие от обычных лазеров, в которых возможные длины волн лазерного излучения определяются линиями излучения усиливающего материала.
Например, в оптических волокнах из кремнезема сдвиг частоты, соответствующий наибольшему комбинационному усилению, составляет около 13,2 ТГц. В ближнем инфракрасном диапазоне это соответствует разнице длин волн между светом накачки и светом лазера около 100 нм.
Типы рамановских лазеров [ править ]
Первый рамановский лазер, реализованный в 1962 году Гизелой Экхардт и Э. Дж. Вудбери, использовал нитробензол в качестве усиливающей среды, который накачивался внутри резонатора внутри с модуляцией добротности рубинового лазера . [1] [2] Для создания рамановских лазеров можно использовать различные другие усиливающие среды:
волоконные Рамановские лазеры
Первый комбинационный лазер непрерывного действия с использованием оптического волокна в качестве усиливающей среды был продемонстрирован в 1976 году. [3] В волоконных лазерах жесткое пространственное ограничение света накачки сохраняется на относительно больших расстояниях. Это значительно снижает пороговую мощность накачки до практического уровня и, кроме того, обеспечивает работу в непрерывном режиме.
В 1988 году был создан первый волоконный рамановский лазер на основе волоконных брэгговских решеток. [4] Волоконные брэгговские решетки представляют собой узкополосные отражатели и действуют как зеркала резонатора лазера. Они вписаны непосредственно в сердцевину оптического волокна, используемого в качестве усиливающей среды, что исключает существенные потери, возникавшие ранее из-за связи волокна с внешними отражателями объемно-оптического резонатора.
В настоящее время коммерчески доступные волоконные рамановские лазеры могут обеспечивать выходную мощность в диапазоне нескольких десятков ватт в непрерывном режиме. В этих устройствах обычно используется метод каскадирования , впервые предложенный в 1994 году: [5] Лазерный свет «первого порядка», генерируемый светом накачки за один этап сдвига частоты, остается в ловушке лазерного резонатора и доводится до таких высоких уровней мощности, что сам действует как накачка для генерации «второго порядка». лазерный свет, который снова смещается на ту же самую частоту колебаний. Таким образом, один лазерный резонатор используется для преобразования света накачки (обычно около 1060 нм) за несколько дискретных шагов в «произвольную» желаемую выходную длину волны.
рамановские Кремниевые лазеры
Совсем недавно рамановская генерация была продемонстрирована в кремниевых . интегрально-оптических волноводах группой Бахрама Джалали в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе в 2004 году (импульсный режим работы) [6] ) и Intel в 2005 году (непрерывная волна [7] ), соответственно. Эти разработки привлекли большое внимание [8] потому что в кремнии впервые был реализован лазер: «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 кремниевой фотоники , которая стремится использовать кремний не только для реализации электроники, но и для новых функций обработки света на том же кристалле.
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Вудбери, Э.Дж.; Нг, В.К. (ноябрь 1962 г.). «Рубиновый лазер в ближнем ИК диапазоне». Труды Института радиоинженеров . 50 (11): 2367. doi : 10.1109/JRPROC.1962.287964 .
- ^ Экхардт, Гизела; Хеллварт, RW; МакКлунг, Ф.Дж.; Шварц, SE; Вайнер, Д.; Вудбери, EJ (декабрь 1962 г.). «Вынужденное комбинационное рассеяние органических жидкостей». Физ. Преподобный Летт . 9 (11): 455–457. Бибкод : 1962PhRvL...9..455E . дои : 10.1103/PhysRevLett.9.455 .
- ^ Хилл, КО; Кавасаки, бакалавр наук; Джонсон, округ Колумбия (1976). «Низкопороговой рамановский лазер непрерывного действия». Прил. Физ. Летт . 29 (3): 181–183. Бибкод : 1976ApPhL..29..181H . дои : 10.1063/1.89016 .
- ^ Кин, ПН; Синклер, Б.Д.; Смит, К.; Сиббетт, В.; Роу, CJ; Рид, DCJ (1988). «Экспериментальная оценка волоконного рамановского генератора с отражателями на волоконной решетке». Дж. Мод. Опц . 35 (3): 397–406. Бибкод : 1988JMOp...35..397K . дои : 10.1080/09500348814550431 .
- ^ Грабб, С.Г.; Эрдоган, Т.; Мизрахи, В.; Штрассер, Т.; Чунг, Вайоминг; Рид, Вашингтон; Лемэр, ПиДжей; Миллер, А.Е.; Косински, С.Г.; Николак, Г.; Беккер, ПК; Пекхэм, Д.В. (1994). «Каскадный рамановский усилитель 1,3 мкм в германосиликатных волокнах». Тематическое собрание «Оптические усилители и их применение» : документ PD3, выпущенный после сдачи. дои : 10.1364/OAA.1994.PD3 . ISBN 1-55752-356-8 .
- ^ Бойраз, Оздаль; Джалали, Бахрам (2004). «Демонстрация кремниевого комбинационного лазера». Оптика Экспресс . 12 (21): 5269–5273. Бибкод : 2004OExpr..12.5269B . CiteSeerX 10.1.1.92.5019 . дои : 10.1364/OPEX.12.005269 . ПМИД 19484086 .
- ^ Ронг, Хайшэн; Джонс, Ричард; Лю, Аньшэн; Коэн, Одед; Хак, Дэни; Фанг, Александр; Паничча, Марио (2005). «Кремниевый рамановский лазер непрерывного действия» . Природа . 433 (7027): 725–728. Бибкод : 2005Natur.433..725R . дои : 10.1038/nature03346 . ПМИД 15716948 .
- ^ Джалали, Бахрам (2007). «Изготовление кремниевого лазера». Научный американец . 296 (2): 58–65. Бибкод : 2007SciAm.296b..58J . doi : 10.1038/scientificamerican0207-58 .
