Узкие - Лазеры LineWidth имеют решающее значение в широком диапазоне приложений, включая точное зондирование, спектроскопию и квантовую науку. В дополнение к спектральной ширине, спектральная форма также является важным фактором, в зависимости от конкретного применения. Например, мощность по обе стороны от лазерной линии может вводить ошибки в оптических манипуляциях с квантовыми битами и влиять на точность атомных часов. Что касается лазерного частотного шума, компоненты Фурье, генерируемые спонтанным излучением в лазерный режим, обычно превышают 105 Гц, и эти компоненты определяют амплитуду по обе стороны от ширины линии. В сочетании с фактором улучшения Генри эти факторы в совокупности определяют квантовый предел, известный как предел Schawlow - Townes (ST), который устанавливает достижимый нижний предел эффективной ширины линии после устранения технического шума, такого как вибрации полости и длина длины.
Следовательно, минимизация квантового шума является критическим аспектом узкого - дизайн лазерной ширины. На практике желаемая ширина Line достигается путем настройки ключевых коэффициентов предела ST: Laser Power, с использованием High - Q - полостей фактора и выбора среды усиления с низкой амплитудой поля - Фортативная индексная связь (низкий фактор Генри). Лазеры, такие как титановые сапфировые лазеры, волоконно -волоконно -лазеры и полупроводниковые лазеры внешней полости, являются типичными примерами лазеров, способных достичь ширины линии Hertz -, необходимых для многих наиболее требовательных приложений когерентного лазера. Тем не менее, проектирование лазеров, которые одновременно соответствуют требованиям ширины линии, мощности и длины волны данного приложения, остается сложной задачей.
Исследователи из Университета Macquarie проверили эту технологию, используя бриллиантовые кристаллы, которые предлагают отличные тепловые характеристики и обеспечивают стабильную среду тестирования. Они протестировали намеренно созданный входной луче «шума» с шириной линии, превышающей 10 МГц, используя алмазный кристалл диаметром всего несколько миллиметров внутри полости. Их метод рассеяния комбинационного рассеяния сжала ширину линии Laser Laser Laser до 1 кГц, предел их системы обнаружения, достигнув коэффициента сжатия, превышающего 10 000 раз.
Рисунок 1. Одиночные - Средние результаты измерения PSD показывают значительное сужение шума семян насоса и компоненты Stokes на высоких частотах.
Исследовательская группа использовала принцип стимулированного комбинационного рассеяния, чтобы возбудить более высокие - частотные вибрации в материале, достигая сужаемого эффекта ширины линии в тысячи раз более эффективными, чем традиционные методы. По сути, это представляет собой новую технологию лазерной спектральной очистки, применимая к различным типам входных лазеров, отмечая фундаментальный прорыв в лазерной технологии.
Эта новая технология решает проблему незначительных случайных временных изменений в легких волнах, которые вызывают снижение чистоты лазерного луча и сниженную точность. В идеальном лазере все легкие волны должны быть идеально синхронизированы -, но в действительности некоторые легкие волны могут слегка привести или отставать от других, вызывая колебания в фазе света. Эти фазовые колебания генерируют «шум» в лазерном спектре -, размывая частоту лазера и уменьшая чистоту его цвета.
Принцип рамановской технологии состоит в том, чтобы преобразовать эти временные неровности в вибрации внутри алмазного кристалла, которые быстро поглощаются и рассеиваются (в течение нескольких триллионов секунды). Это оставляет оставшиеся световые волны с более плавными колебаниями, что приводит к более высокой чистоте спектра и значительному суженному эффекту на лазерный спектр.
Рисунок 2. (а) Схематическая диаграмма лазерной системы, показывающая ключевые компоненты. WNG: генератор белого шума, OC: выходной соединитель, IC: входной соединитель, EOM: Electro - Модулятор оптика, LBO: борат литий, λ/2: половина - волновая пластина. (б) Стокс частотный дрейф с обратной связью (оранжевой) и без обратной связи (синий). Для случая обратной связи пьезоэлектрическое напряжение включено для обозначения компенсации дрейфа.
В дополнение к своему исключительному сузирующему эффекту ширины линии, исследователи обнаружили, что его метод комбинационного рассеяния предлагает многочисленные преимущества по сравнению с традиционными методами Brillouin, включая достижение меньшей минимальной ширины линии. Эти Ultra - Узкие лазеры LineWidth имеют несколько резки -
Квантовые компьютеры: манипулирование квантовыми битами (кубиты), фундаментальные единицы квантовой информации требуют чрезвычайно точного управления лазером. Текущие лазеры вводят фазовый шум, что приводит к ошибкам в квантовых вычислениях. Улучшенная спектральная чистота повысит надежность квантовых компьютеров.
Атомные часы: атомные часы образуют основу GPS -навигации. Более высокая спектральная чистота повысит их производительность и может стимулировать новые открытия в фундаментальной физике в будущем.
Обнаружение гравитационных волн: детекторы гравитационных волн, которые измеряют чрезвычайно небольшие искажения в пространстве -времени, могут стать более чувствительными с использованием лазерных лучей с более узкими ширинами линии, что потенциально позволяет обнаружить более слабые сигналы от далеких космических событий.
