Úzké - lasery linků jsou zásadní v široké škále aplikací, včetně přesného snímání, spektroskopie a kvantové vědy. Kromě spektrální šířky je také důležitým faktorem spektrální tvar v závislosti na konkrétní aplikaci. Například napájení na obou stranách laserové linie může zavést chyby v optické manipulaci s kvantovými bity a ovlivnit přesnost atomových hodin. Pokud jde o laserový frekvenční šum, Fourierovy komponenty generované spontánní emise do laserového režimu obvykle přesahují 105 Hz a tyto složky určují amplitudu na obou stranách šířky šířky. V kombinaci s faktorem Henryho Enhancement, tyto faktory společně definují kvantový limit, známý jako Schawlow - Townes (ST), který stanoví dosažitelnou dolní hranici efektivní šířky šířky po eliminaci technického šumu, jako jsou vibrace dutin a délka driftu.
Minimalizace kvantového šumu je proto kritickým aspektem úzkého - laserového designu lineWidth. V praxi je požadovaná šířka linky dosažena úpravou klíčových faktorů limitu ST: laserový výkon pomocí vysokého - Q - faktorových dutin a výběrem mediálních médií s nízkou amplitudou - refrakčního indexu (nízký Henry Factor). Lasery, jako jsou lasery, jako jsou titanové safírové lasery, lasery vlákna a lasery vnější dutiny, jsou typické příklady laserů schopných dosáhnout úrovně Hertz - potřebné pro mnoho nejpožadavějších koherentních laserových aplikací. Navrhování laserů, které současně splňují požadavky na šířku šířky, síly a vlnové délky dané aplikace, však zůstává náročné.
Vědci na Macquarie University testovali tuto technologii pomocí diamantových krystalů, které nabízejí vynikající tepelný výkon a poskytují stabilní testovací prostředí. Testovali úmyslně vytvořený vstupní paprsek „šumu“ s šířkou šířky přesahující 10 MHz pomocí diamantového krystalu s průměrem pouhých několika milimetrů v dutině. Jejich technika Ramanova rozptylu komprimovala výstupní šířku laserového paprsku na 1 kHz, limit jejich detekčního systému a dosahoval kompresního faktoru přesahujícího 10 000krát.
Obrázek 1.. Single - Výsledky měření PSD ukazují významné zúžení šum semen čerpadla a komponenty Stokes při vysokých frekvencích.
Výzkumný tým využil princip stimulovaného Ramanova rozptylu k vzrušení frekvenčních vibrací v materiálu vyšších - v materiálu, čímž dosáhl účinku šířky šířky tisícekrát účinnější než tradiční metody. V zásadě to představuje novou technologii laserového spektrálního čištění použitelné pro různé typy vstupních laserů, což znamená základní průlom v laserové technologii.
Tato nová technologie se zabývá otázkou drobných náhodných časových variací ve světelných vlnách, které způsobují pokles čistoty laserového paprsku a sníženou přesnost. V ideálním laseru by měly být všechny světelné vlny dokonale synchronizovány -, ale ve skutečnosti mohou některé světelné vlny mírně vést nebo zaostávat za ostatními, což způsobuje kolísání ve fázi světla. Tyto fázové fluktuace generují „šum“ v laserovém spektru - rozmazání frekvence laseru a snižování jeho čistoty barvy.
Principem Ramanovy technologie je přeměnit tyto časové nepravidelnosti na vibrace v diamantovém krystalu, které jsou rychle absorbovány a rozptýleny (během několika bilionů sekundy). To ponechává zbývající světelné vlny s plynulejšími oscilacemi, což má za následek vyšší spektrální čistotu a významný účinek zúžení na laserové spektrum.
Obrázek 2. (a) Schematický diagram laserového systému, zobrazující klíčové komponenty. WNG: Generátor bílého šumu, OC: Výstupní spojku, IC: Vstupní spojku, EOM: Electro - Optický modulátor, LBO: Lithium Boritan, λ/2: polovina - vlnová deska. (b) Stokes frekvenční drift se zpětnou vazbou (oranžová) a bez zpětné vazby (modrá). V případě zpětné vazby je zahrnuto piezoelektrické napětí, které označuje kompenzaci driftu.
Kromě svého výjimečného účinku šíření šířky šířky vědci zjistili, že její Ramanova technika nabízí více výhod oproti tradičním brillouinovým metodám, včetně dosažení menších minimálních šířků šířky. Tyto ultra - Úzké lasery linků mají několik řezných - okrajových oblastí:
Kvantové počítače: Manipulace kvantových bitů (qubits), základní jednotky kvantových informací, vyžaduje extrémně přesnou kontrolu laseru. Aktuální lasery zavádějí fázový šum, což vede k chybám v kvantovém výpočtu. Vylepšená spektrální čistota zvýší spolehlivost kvantových počítačů.
Atomové hodiny: Atomové hodiny tvoří základ navigace GPS. Vyšší spektrální čistota zvýší jejich výkon a může v budoucnu řídit nové objevy v základní fyzice.
Gravitační detekce vln: Gravitační detektory vln, které měří extrémně malé zkreslení v prostoru, se mohou stát citlivějšími pomocí laserových paprsků s užší šířkou šířky, což potenciálně umožňuje detekci slabších signálů ze vzdálených kosmických událostí.
