Laser linewidth sempit - adalah penting dalam pelbagai aplikasi, termasuk penderiaan ketepatan, spektroskopi, dan sains kuantum. Sebagai tambahan kepada lebar spektrum, bentuk spektrum juga merupakan faktor penting, bergantung kepada aplikasi tertentu. Sebagai contoh, kuasa di kedua -dua belah garis laser boleh memperkenalkan kesilapan dalam manipulasi optik bit kuantum dan mempengaruhi ketepatan jam atom. Mengenai bunyi kekerapan laser, komponen Fourier yang dihasilkan oleh pelepasan spontan ke dalam mod laser biasanya melebihi 105 Hz, dan komponen ini menentukan amplitud pada kedua -dua belah linewidth. Dikombinasikan dengan faktor peningkatan Henry, faktor -faktor ini secara kolektif menentukan had kuantum, yang dikenali sebagai had schawlow - (ST), yang menetapkan batas yang lebih rendah daripada linewidth yang berkesan selepas menghapuskan bunyi teknikal seperti getaran rongga dan drift panjang.
Oleh itu, meminimumkan bunyi kuantum adalah aspek kritikal - reka bentuk laser linewidth. Dalam amalan, linewidth yang dikehendaki dicapai dengan menyesuaikan faktor utama had ST: kuasa laser, menggunakan tinggi - q - rongga faktor, dan memilih media keuntungan dengan amplitud medan rendah - gandingan indeks refraktif (faktor Henry rendah). Laser seperti laser sapphire titanium, laser gentian, dan laser semikonduktor rongga luaran adalah contoh khas laser yang mampu mencapai linewidth tahap Hertz - yang diperlukan untuk banyak aplikasi laser yang paling menuntut. Walau bagaimanapun, mereka bentuk laser yang secara serentak memenuhi keperluan linewidth, kuasa, dan panjang gelombang aplikasi yang diberikan masih mencabar.
Penyelidik di Macquarie University menguji teknologi ini menggunakan kristal berlian, yang menawarkan prestasi terma yang sangat baik dan menyediakan persekitaran ujian yang stabil. Mereka menguji rasuk input "bunyi" yang sengaja dibuat dengan linewidth melebihi 10 MHz menggunakan kristal berlian dengan diameter hanya beberapa milimeter dalam rongga. Teknik penyebaran Raman mereka memampatkan linewidth laser output kepada 1 kHz, had sistem pengesanan mereka, mencapai faktor mampatan melebihi 10,000 kali.
Rajah 1. Single - Hasil pengukuran JPA sisi menunjukkan bunyi bising yang ketara menyempitkan benih pam dan komponen Stokes pada frekuensi tinggi.
Pasukan penyelidikan menggunakan prinsip penyebaran Raman yang dirangsang untuk merangsang getaran kekerapan - yang lebih tinggi dalam bahan, mencapai kesan penyempitan linewidth beribu -ribu kali lebih berkesan daripada kaedah tradisional. Pada asasnya, ini mewakili teknologi pemurnian spektrum laser baru yang digunakan untuk pelbagai jenis laser input, menandakan penemuan asas dalam teknologi laser.
Teknologi baru ini menangani isu variasi temporal rawak kecil dalam gelombang cahaya yang menyebabkan penurunan kesucian rasuk laser dan ketepatan yang dikurangkan. Dalam laser yang ideal, semua gelombang cahaya harus disegerakkan dengan sempurna - tetapi pada hakikatnya, beberapa gelombang cahaya mungkin sedikit memimpin atau ketinggalan di belakang orang lain, menyebabkan turun naik dalam fasa cahaya. Perubahan fasa ini menghasilkan "bunyi" dalam spektrum laser - mengaburkan kekerapan laser dan mengurangkan kesucian warna.
Prinsip teknologi Raman adalah untuk menukarkan penyelewengan temporal ini ke dalam getaran dalam kristal berlian, yang cepat diserap dan hilang (dalam beberapa trilion detik). Ini meninggalkan gelombang cahaya yang tersisa dengan ayunan yang lebih lancar, mengakibatkan kesucian spektrum yang lebih tinggi dan kesan penyempitan yang signifikan pada spektrum laser.
Rajah 2. (A) Rajah skematik sistem laser, menunjukkan komponen utama. WNG: Generator Noise White, OC: Output Coupler, IC: Input Coupler, EOM: Electro - Modulator Optik, LBO: Lithium Borate, λ/2: Half - Plate Wave. (b) Stokes frekuensi hanyut dengan maklum balas (oren) dan tanpa maklum balas (biru). Untuk kes maklum balas, voltan piezoelektrik dimasukkan untuk menunjukkan pampasan drift.
Sebagai tambahan kepada kesan penyempitan linewidth yang luar biasa, para penyelidik mendapati bahawa teknik Ramannya menawarkan pelbagai kelebihan berbanding kaedah brillouin tradisional, termasuk mencapai linewidths minimum yang lebih kecil. Laser linewidth sempit ini mempunyai beberapa pemotongan - kawasan aplikasi tepi:
Komputer kuantum: memanipulasi bit kuantum (qubits), unit asas maklumat kuantum, memerlukan kawalan laser yang sangat tepat. Laser semasa memperkenalkan bunyi fasa, yang membawa kepada kesilapan dalam pengkomputeran kuantum. Kesucian spektrum yang lebih baik akan meningkatkan kebolehpercayaan komputer kuantum.
Jam atom: Jam atom membentuk asas navigasi GPS. Kesucian spektrum yang lebih tinggi akan meningkatkan prestasi mereka dan boleh memacu penemuan baru dalam fizik asas pada masa akan datang.
Pengesanan gelombang graviti: Pengesan gelombang graviti, yang mengukur gangguan yang sangat kecil dalam ruang masa, boleh menjadi lebih sensitif dengan menggunakan rasuk laser dengan linewidths yang lebih sempit, yang berpotensi membolehkan pengesanan isyarat lemah dari peristiwa kosmik yang jauh.
