Wąskie lasery linii - mają kluczowe znaczenie w szerokim zakresie zastosowań, w tym precyzyjne wykrywanie, spektroskopia i nauka kwantowa. Oprócz szerokości spektralnej kształt widmowy jest również ważnym czynnikiem, w zależności od konkretnego zastosowania. Na przykład moc po obu stronach linii laserowej może wprowadzać błędy w manipulacji optycznej bitów kwantowych i wpływać na dokładność zegarów atomowych. Jeśli chodzi o szum częstotliwości lasera, komponenty Fouriera generowane przez spontaniczną emisję do trybu lasera zwykle przekraczają 105 Hz, a składniki te określają amplitudę po obu stronach szerokości linii. W połączeniu z współczynnikiem ulepszenia Henry'ego, czynniki te łącznie definiują limit kwantowy, znany jako limit Schawlow - Tornes (ST), który ustanawia możliwą dolną granicę efektywnej szerokości linii po wyeliminowaniu szumu technicznego, takiego jak wibracje wnęki i dryf długości.
Dlatego minimalizacja szumu kwantowego jest krytycznym aspektem wąskiego projektu lasera LineWidth LineWidth. W praktyce pożądana szerokość linii osiąga się poprzez dostosowanie kluczowych czynników limitu ST: mocy lasera, przy użyciu wysokich - q - i wybieraniu mediów wzmocnienia o niskiej amplitudzie pola - połączenia indeksów załamania światła (niski czynnik Henry'ego). Lasery, takie jak lasery szafirowe tytanu, lasery półprzewodników z włókien i zewnętrzne, są typowymi przykładami laserów zdolnych do osiągnięcia szerokości linii Hertz - wymaganej dla wielu najbardziej wymagających spójnych aplikacji laserowych. Jednak projektowanie laserów, które jednocześnie spełniają wymagania dotyczące linii, energii i długości fali danej aplikacji, pozostaje trudne.
Naukowcy z Macquarie University przetestowali tę technologię przy użyciu Diamond Crystals, które oferują doskonałą wydajność termiczną i zapewniają stabilne środowisko testowe. Przetestowali celowo utworzoną wiązkę wejściową „szumu” z szerokością linii przekraczającej 10 MHz za pomocą kryształu diamentowego o średnicy zaledwie kilku milimetrów w jamie. Ich technika rozpraszania Ramana ścisnęła szerokość linii linii Laser Laser do 1 kHz, granica ich systemu wykrywania, osiągając współczynnik kompresji przekraczający 10 000 razy.
Rysunek 1. Pojedynczy - Wyniki pomiaru PSD pokazują znaczne zawężenie szumu nasion i Stokesa na wysokich częstotliwościach.
Zespół badawczy wykorzystał zasadę stymulowanego rozpraszania Ramana, aby wzbudzić wyższe wibracje częstotliwości w materiale, osiągając efekt zwężenia linii tysiące razy bardziej skuteczny niż tradycyjne metody. Zasadniczo reprezentuje to nową laserową technologię oczyszczania spektralnego mających zastosowanie do różnych rodzajów laserów wejściowych, oznaczającą fundamentalny przełom w technologii laserowej.
Ta nowa technologia dotyczy problemu drobnych losowych zmian czasowych fal świetlnych, które powodują spadek czystości wiązki laserowej i zmniejszoną precyzję. W idealnym laserze wszystkie fale światła powinny być doskonale zsynchronizowane -, ale w rzeczywistości niektóre fale światła mogą nieznacznie prowadzić lub opóźnić się za innymi, powodując wahania w fazie światła. Te wahania fazowe generują „szum” w spektrum laserowym - rozmycia częstotliwości lasera i zmniejszając jego czystość kolorów.
Zasada technologii Ramana jest przekształcenie tych czasowych nieprawidłowości w wibracje w krysztale diamentowym, które są szybko wchłaniane i rozpraszane (w ciągu kilku bilionów od sekundy). To pozostawia pozostałe fale światła o gładszych oscylacjach, co powoduje wyższą czystość spektralną i znaczący wpływ na spektrum lasera.
Ryc. 2. (A) Schemat schematu układu laserowego, pokazujące kluczowe elementy. WNG: White Noise Generator, OC: łącznik wyjściowy, IC: Input Conepler, EOM: Electro - modulator optyczny, LBO: Lithium Borate, λ/2: Half - płyta fali. (b) Stokes dryft częstotliwości z sprzężeniem zwrotnym (pomarańczowy) i bez sprzężenia zwrotnego (niebieski). W przypadku sprzężenia zwrotnego uwzględniono napięcie piezoelektryczne, aby wskazać kompensację dryfu.
Oprócz wyjątkowego efektu zwężenia linii, naukowcy odkryli, że jej technika Ramana oferuje wiele zalet w stosunku do tradycyjnych metod Brillouin, w tym osiągnięcia mniejszych minimalnych przepływów linii. Te ultra - wąskie lineWidth Lasers mają kilka obszarów aplikacji krawędzi -:
Komputery kwantowe: manipulowanie bitami kwantowymi (kubiki), podstawowe jednostki informacji kwantowej, wymagają wyjątkowo precyzyjnej kontroli lasera. Obecne lasery wprowadzają szum fazowy, co prowadzi do błędów w obliczeniach kwantowych. Ulepszona czystość spektralna zwiększy niezawodność komputerów kwantowych.
Zegary atomowe: zegary atomowe stanowią podstawę nawigacji GPS. Wyższa czystość spektralna zwiększy ich wydajność i może w przyszłości wprowadzić nowe odkrycia w fizyce fundamentalnej.
Wykrywanie fali grawitacyjnej: detektory fali grawitacyjnej, które mierzą bardzo małe zniekształcenia w przestrzeni czasoprzestrzeni, mogą stać się bardziej wrażliwe, używając wiązek laserowych o węższych szerokościach linii, potencjalnie umożliwiając wykrywanie słabszych sygnałów z odległych zdarzeń kosmicznych.
