Mae laserau lled-lein cul yn hanfodol mewn ystod eang o gymwysiadau, gan gynnwys synhwyro manwl, sbectrosgopeg a gwyddoniaeth cwantwm. Yn ogystal â lled sbectrol, mae siâp sbectrol hefyd yn ffactor pwysig, yn dibynnu ar y cais penodol. Er enghraifft, gall pŵer ar y naill ochr i'r llinell laser gyflwyno gwallau wrth drin darnau cwantwm yn optegol ac effeithio ar gywirdeb clociau atomig. O ran sŵn amledd laser, mae'r cydrannau Fourier a gynhyrchir trwy allyriad digymell i'r modd laser yn nodweddiadol yn fwy na 105 Hz, ac mae'r cydrannau hyn yn pennu'r osgled ar bob ochr i'r lled llinell. O'i gyfuno â'r ffactor gwella Henry, mae'r ffactorau hyn gyda'i gilydd yn diffinio'r terfyn cwantwm, a elwir yn derfyn Schawlow-Townes (ST), sy'n sefydlu terfyn isaf cyraeddadwy'r lled-linell effeithiol ar ôl dileu sŵn technegol fel dirgryniadau ceudod a drifft hyd.
Felly, mae lleihau sŵn cwantwm yn agwedd hanfodol ar ddyluniad laser lled-lein cul. Yn ymarferol, cyflawnir y lled-linell a ddymunir trwy addasu ffactorau allweddol y terfyn ST: pŵer laser, gan ddefnyddio ceudodau uchel-q-ffactor, a dewis cyfryngau ennill gyda chyplu mynegai sy'n adnewyddu osgled maes isel (ffactor Henry isel). Mae laserau fel laserau saffir titaniwm, laserau ffibr, a laserau lled-ddargludyddion ceudod allanol yn enghreifftiau nodweddiadol o laserau sy'n gallu cyflawni'r lled-linell lefel hertz sy'n ofynnol ar gyfer llawer o'r cymwysiadau laser cydlynol mwyaf heriol. Fodd bynnag, mae dylunio laserau sy'n cwrdd â gofynion lled -llinell, pŵer a thonfedd cais penodol ar yr un pryd yn parhau i fod yn heriol.
Profodd ymchwilwyr ym Mhrifysgol Macquarie y dechnoleg hon gan ddefnyddio crisialau diemwnt, sy'n cynnig perfformiad thermol rhagorol ac yn darparu amgylchedd profi sefydlog. Fe wnaethant brofi trawst mewnbwn "sŵn" a grëwyd yn fwriadol gyda lled llinell yn fwy na 10 MHz gan ddefnyddio grisial diemwnt gyda diamedr o ddim ond ychydig filimetrau o fewn ceudod. Roedd eu techneg gwasgaru Raman yn cywasgu lled llinell y pelydr laser allbwn i 1 kHz, terfyn eu system ganfod, gan gyflawni ffactor cywasgu sy'n fwy na 10,000 o weithiau.
Ffigur 1. Mae canlyniadau mesur PSD un ochr yn dangos sŵn sylweddol yn culhau'r cydrannau hadau pwmp a Stokes ar amleddau uchel.
Defnyddiodd y tîm ymchwil yr egwyddor o wasgaru Raman ysgogedig i gyffroi dirgryniadau amledd uwch yn y deunydd, gan gyflawni effaith gulhau lled-llinell filoedd o weithiau'n fwy effeithiol na dulliau traddodiadol. Yn y bôn, mae hyn yn cynrychioli technoleg puro sbectrol laser newydd sy'n berthnasol i wahanol fathau o laserau mewnbwn, gan nodi datblygiad sylfaenol mewn technoleg laser.
Mae'r dechnoleg newydd hon yn mynd i'r afael â mater mân amrywiadau amserol ar hap mewn tonnau ysgafn sy'n achosi dirywiad mewn purdeb trawst laser a llai o gywirdeb. Mewn laser delfrydol, dylai'r holl doniau ysgafn gael eu cydamseru'n berffaith-ond mewn gwirionedd, gall rhai tonnau ysgafn arwain neu oedi ychydig y tu ôl i eraill, gan achosi amrywiadau yng nghyfnod y golau. Mae'r amrywiadau cyfnod hyn yn cynhyrchu "sŵn" yn y sbectrwm laser yn anffeinio amledd y laser ac yn lleihau ei burdeb lliw.
Egwyddor technoleg Raman yw trosi'r afreoleidd -dra amserol hyn yn ddirgryniadau o fewn grisial diemwnt, sy'n cael eu hamsugno a'u afradloni'n gyflym (o fewn ychydig driliwn o eiliad). Mae hyn yn gadael y tonnau ysgafn sy'n weddill gydag osgiliadau llyfnach, gan arwain at burdeb sbectrol uwch ac effaith gulhau sylweddol ar y sbectrwm laser.
Ffigur 2. (a) Diagram sgematig o'r system laser, gan ddangos cydrannau allweddol. WNG: Generadur sŵn gwyn, OC: Cyplydd Allbwn, IC: Cyplydd Mewnbwn, EOM: Modulator Electro-optig, LBO: Lithiwm Borate, λ/2: Plât hanner ton. (b) Drifft amledd Stokes gydag adborth (oren) a heb adborth (glas). Ar gyfer yr achos adborth, mae foltedd piezoelectric wedi'i gynnwys i nodi iawndal drifft.
Yn ychwanegol at ei effaith culhau lled -linell eithriadol, canfu ymchwilwyr fod ei dechneg Raman yn cynnig nifer o fanteision dros ddulliau Brillouin traddodiadol, gan gynnwys cyflawni isafswm o isafswm llinellau llinell. Mae gan y laserau lled-llinell ultra-narrow hyn sawl maes ymgeisio blaengar:
Cyfrifiaduron Quantum: Mae angen rheolaeth laser hynod fanwl gywir ar ddarnau cwantwm (qubits), unedau sylfaenol gwybodaeth cwantwm. Mae laserau cyfredol yn cyflwyno sŵn cyfnod, gan arwain at wallau mewn cyfrifiadura cwantwm. Bydd gwell purdeb sbectrol yn gwella dibynadwyedd cyfrifiaduron cwantwm.
Clociau atomig: Mae clociau atomig yn ffurfio sylfaen llywio GPS. Bydd purdeb sbectrol uwch yn gwella eu perfformiad a gall yrru darganfyddiadau newydd mewn ffiseg sylfaenol yn y dyfodol.
Canfod tonnau disgyrchiant: Gall synwyryddion tonnau disgyrchiant, sy'n mesur ystumiadau bach iawn yn ystod amser gofod, ddod yn fwy sensitif trwy ddefnyddio trawstiau laser gyda lled llinellau culach, gan alluogi canfod signalau gwannach o ddigwyddiadau cosmig pell o bosibl.
