تعد الليزر الضيقة - حاسمة في مجموعة واسعة من التطبيقات ، بما في ذلك الاستشعار الدقيق ، التحليل الطيفي ، والعلوم الكمومية. بالإضافة إلى العرض الطيفي ، يعد الشكل الطيفي أيضًا عاملًا مهمًا ، اعتمادًا على التطبيق المحدد. على سبيل المثال ، قد تقدم الطاقة على جانبي خط الليزر أخطاء في التلاعب البصري للقطع الكمومية وتؤثر على دقة الساعات الذرية. فيما يتعلق ضوضاء تردد الليزر ، عادة ما تتجاوز مكونات فورييه التي تم إنشاؤها بواسطة الانبعاثات التلقائية في وضع الليزر 105 هرتز ، وتحدد هذه المكونات السعة على جانبي عرض الخط. إلى جانب عامل تعزيز هنري ، تحدد هذه العوامل مجتمعة الحد الكمي ، والمعروفة باسم حد Schawlow - (ST) ، والذي يحدد الحد الأدنى القابل للتحقيق لعرض الخط الفعال بعد القضاء على الضوضاء التقنية مثل اهتزازات التجويف وانجراف الطول.
لذلك ، يعد تقليل الضوضاء الكمومية جانبًا مهمًا لتصميم الليزر الضيق -. في الممارسة العملية ، يتم تحقيق عرض الخط المطلوب عن طريق ضبط العوامل الرئيسية لحد ST: قوة الليزر ، باستخدام تجويف العوامل العالية- q - ، واختيار وسائط الكسب ذات سعة حقل منخفضة - اقتران مؤشر الانكسار (عامل هنري منخفض). الليزر مثل الليزر من التيتانيوم الياقوت ، وألياف الليزر الألياف ، وليزر أشباه الموصلات الخارجي هي أمثلة نموذجية لأشعة الليزر القادرة على تحقيق خطوط Leaser Hertz - المطلوبة للعديد من تطبيقات الليزر المتماسكة. ومع ذلك ، فإن تصميم الليزر الذي يفي في وقت واحد بمتطلبات الطول والطاقة والطول الموجي لتطبيق معين يظل صعبًا.
اختبر الباحثون في جامعة ماكواري هذه التكنولوجيا باستخدام بلورات الماس ، والتي توفر أداءًا حراريًا ممتازًا ويوفر بيئة اختبار مستقرة. لقد اختبروا شعاع إدخال "ضوضاء" تم إنشاؤه عن قصد مع عرض خط يتجاوز 10 ميغاهيرتز باستخدام بلورة الماس مع قطر بضع ملليمترات فقط داخل تجويف. تضغط تقنية تشتت رامان الخاصة بهم على عرض خط إخراج شعاع الليزر إلى 1 كيلو هرتز ، وهو الحد الأقصى لنظام الكشف الخاص بهم ، مما يحقق عامل ضغط يتجاوز 10000 مرة.
الشكل 1. تظهر نتائج قياس PSD المفردة - تضييق ضوضاء كبيرة من بذور المضخة ومكونات Stokes عند الترددات العالية.
استخدم فريق الأبحاث مبدأ نثر رامان المحفز لإثارة اهتزازات التردد العليا - داخل المادة ، مما يحقق تأثير تضييق خطية أكثر فعالية من الطرق التقليدية. في الأساس ، يمثل هذا تقنية تنقية طيفية ليزر جديدة تنطبق على أنواع مختلفة من الليزر المدخلات ، مما يمثل اختراقًا أساسيًا في تكنولوجيا الليزر.
تتناول هذه التكنولوجيا الجديدة مسألة الاختلافات الزمنية العشوائية البسيطة في موجات الضوء التي تسبب انخفاضًا في نقاء شعاع الليزر وانخفاض الدقة. في الليزر المثالي ، يجب مزامنة جميع موجات الضوء بشكل مثالي - ولكن في الواقع ، قد تؤدي بعض الموجات الضوئية إلى أن تؤدي أو تتخلف قليلاً عن الآخرين ، مما يسبب تقلبات في مرحلة الضوء. تولد تقلبات الطور هذه "الضوضاء" في طيف الليزر - وضوح تردد الليزر ويقلل من نقاء اللون.
يتمثل مبدأ تكنولوجيا رامان في تحويل هذه المخالفات الزمنية إلى اهتزازات داخل بلورة الماس ، والتي يتم امتصاصها وتبديدها بسرعة (في غضون بضعة تريليونات من الثانية). هذا يترك موجات الضوء المتبقية مع تذبذبات أكثر سلاسة ، مما يؤدي إلى نقاء طيفي أعلى وتأثير تضييق كبير على طيف الليزر.
الشكل 2. (أ) رسم تخطيطي لنظام الليزر ، يوضح المكونات الرئيسية. WNG: مولد الضوضاء الأبيض ، OC: مقرن الإخراج ، IC: مقرن الإدخال ، EOM: Electro - Modulator Optic ، LBO: Lithium Borate ، λ/2: Half - لوحة الموجة. (ب) انجراف التردد مع ردود الفعل (برتقالي) وبدون ردود فعل (أزرق). بالنسبة لحالة التغذية المرتدة ، يتم تضمين الجهد الكهروضوئي للإشارة إلى تعويض الانجراف.
بالإضافة إلى تأثير تضييق نطاق الخطوط الاستثنائية ، وجد الباحثون أن تقنية رامان الخاصة بها توفر مزايا متعددة على أساليب Brillouin التقليدية ، بما في ذلك تحقيق الحد الأدنى الأصغر. هذه الليزر - الضيقة lasers تحتوي على عدة مناطق تطبيق -
أجهزة الكمبيوتر الكمومية: معالجة البتات الكمومية (Qubits) ، تتطلب الوحدات الأساسية للمعلومات الكمومية ، التحكم بالليزر الدقيق للغاية. تقدم الليزر الحالي ضوضاء الطور ، مما يؤدي إلى أخطاء في الحوسبة الكمومية. سوف تحسن النقاء الطيفي تعزيز موثوقية أجهزة الكمبيوتر الكمومية.
الساعات الذرية: تشكل الساعات الذرية أساس التنقل في GPS. سوف تعزز نقاء الطيفية العالي أدائها وقد يدفع اكتشافات جديدة في الفيزياء الأساسية في المستقبل.
الكشف عن موجة الجاذبية: يمكن أن تصبح أجهزة الكشف عن موجات الجاذبية ، والتي تقيس تشوهات صغيرة للغاية في الفضاء ، أكثر حساسية باستخدام عوارض الليزر ذات الأطوال الأضيق ، مما قد يمكّن من اكتشاف الإشارات الأضعف من الأحداث الكونية البعيدة.
