Uski - Laseri za širinu line su ključni u širokom rasponu aplikacija, uključujući precizno osjet, spektroskopiju i kvantnu znanost. Pored spektralne širine, spektralni oblik je također važan faktor, ovisno o specifičnoj primjeni. Na primjer, snaga s obje strane laserske linije može uvesti pogreške u optičkoj manipulaciji kvantnim bitovima i utjecati na točnost atomskih satova. Što se tiče laserske frekvencijske buke, Fourierove komponente generirane spontanom emisijom u laserski način obično prelaze 105 Hz, a ove komponente određuju amplitudu s obje strane širine linije. U kombinaciji s Henryjevim faktorom poboljšanja, ovi čimbenici kolektivno definiraju kvantnu granicu, poznatu kao Schawlow - Townes (ST), koji uspostavlja doživljavajuću donju granicu efektivne širine linije nakon uklanjanja tehničkog buke, poput vibracija šupljine i duljine.
Stoga je minimiziranje kvantne buke kritični aspekt uskog - laserskog dizajna širine. U praksi se željena širina linije postiže podešavanjem ključnih faktora granice ST: laserska snaga, koristeći visoke - q - faktorske šupljine i odabirom medija pojačanja s niskom amplitudom polja - spajanje indeksa loma (faktor niskog Henryja). Laseri kao što su titanij safirski laseri, vlaknasti laseri i vanjski poluvodički laseri tipični su primjeri lasera koji mogu postići hertz - širinu linije potrebne za mnoge od najzahtjevnijih koherentnih laserskih laserskih aplikacija. Međutim, dizajniranje lasera koji istodobno ispunjavaju uvjete širine, snage i valne duljine određene aplikacije ostaje izazovno.
Istraživači sa Sveučilišta Macquarie testirali su ovu tehnologiju koristeći Diamond Crystals, koji nude izvrsne toplinske performanse i pružaju stabilno okruženje za testiranje. Ispitivali su namjerno stvorenu ulaznu gredu "buke" s širinom linije veće od 10 MHz pomoću dijamantskog kristala s promjerom od samo nekoliko milimetara unutar šupljine. Njihova Ramanova tehnika raspršivanja komprimirala je širinu linije izlazne laserske zrake na 1 kHz, granicu njihovog sustava otkrivanja, postižući faktor kompresije koji prelazi 10 000 puta.
Slika 1. pojedinačna - rezultati mjerenja PSD -a pokazuju značajno sužavanje buke sjemena crpke i Stokes komponenti na visokim frekvencijama.
Istraživački tim koristio je princip stimuliranog ramanovog raspršivanja kako bi pobudio veće - frekvencijske vibracije unutar materijala, postižući efekt sužavanja linije tisuće puta učinkovitije od tradicionalnih metoda. U osnovi, to predstavlja novu lasersku tehnologiju spektralnog pročišćavanja koja se primjenjuje na različite vrste ulaznih lasera, što označava temeljni proboj u laserskoj tehnologiji.
Ova nova tehnologija bavi se problemom manjih slučajnih vremenskih varijacija u laganim valovima koji uzrokuju pad čistoće laserskog snopa i smanjenu preciznost. U idealnom laseru, svi svjetlosni valovi trebaju biti savršeno sinkronizirani -, ali u stvarnosti, neki svjetlosni valovi mogu lagano voditi ili zaostajati za drugima, uzrokujući fluktuacije u fazi svjetlosti. Ove fazne fluktuacije stvaraju "buku" u laserskom spektru - zamućujući frekvenciju lasera i smanjujući čistoću boje.
Načelo Ramanove tehnologije je pretvoriti te vremenske nepravilnosti u vibracije unutar dijamantskog kristala, koje se brzo apsorbiraju i rasipaju (unutar nekoliko trilijuna od sekunde). To ostavlja preostale svjetlosne valove s glatkim oscilacijama, što rezultira većom spektralnom čistoćom i značajnim sužavanjem na laserski spektar.
Slika 2. (a) Shematski dijagram laserskog sustava, koji prikazuje ključne komponente. WNG: Generator bijelog buke, OC: Izlazni spoj, IC: Ulazni spoj, EOM: Electro - Optički modulator, LBO: litij borat, λ/2: Pola - Valna ploča. (b) STOKES frekvencijski odmor s povratnim informacijama (narančasta) i bez povratnih informacija (plava). U slučaju povratnih informacija, uključen je piezoelektrični napon za označavanje kompenzacije nagiba.
Pored svog izuzetnog efekta sužavanja širine, istraživači su otkrili da njegova Ramanska tehnika nudi višestruke prednosti u odnosu na tradicionalne Brillouinove metode, uključujući postizanje manjih minimalnih širina linije. Ovi ultra - uski laseri širine imaju nekoliko rezanja - rubnih područja aplikacije:
Kvantna računala: Manipuliranje kvantnih bita (QuBITS), temeljne jedinice kvantnih informacija, zahtijeva izuzetno precizno lasersko upravljanje. Trenutni laseri uvode fazni buku, što dovodi do pogrešaka u kvantnom računanju. Poboljšana spektralna čistoća povećat će pouzdanost kvantnih računala.
Atomski satovi: Atomski satovi čine temelj GPS navigacije. Veća spektralna čistoća poboljšat će njihove performanse i ubuduće će pokrenuti nova otkrića u temeljnoj fizici.
Detekcija gravitacijskog vala: Gravitacijski detektori valova, koji u svemirskom vremenu mjere izuzetno male izobličenja, mogu postati osjetljiviji primjenom laserskih zraka s uskim širinama linije, što potencijalno omogućuje otkrivanje slabijih signala iz udaljenih kozmičkih događaja.
