Hẹp - laser laser laser rất quan trọng trong một loạt các ứng dụng, bao gồm cảm biến chính xác, quang phổ và khoa học lượng tử. Ngoài chiều rộng quang phổ, hình dạng quang phổ cũng là một yếu tố quan trọng, tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể. Ví dụ, nguồn điện ở hai bên của dòng laser có thể gây ra lỗi trong quá trình thao tác quang học của các bit lượng tử và ảnh hưởng đến độ chính xác của đồng hồ nguyên tử. Về nhiễu tần số laser, các thành phần Fourier được tạo ra bằng cách phát xạ tự phát vào chế độ laser thường vượt quá 105 Hz và các thành phần này xác định biên độ ở hai bên của độ rộng đường. Kết hợp với yếu tố tăng cường Henry, các yếu tố này xác định chung giới hạn lượng tử, được gọi là giới hạn của Schawlow - Townes (ST), thiết lập giới hạn thấp hơn có thể đạt được của độ rộng dòng hiệu quả sau khi loại bỏ nhiễu kỹ thuật như độ rung khoang và độ trôi chiều dài.
Do đó, giảm thiểu nhiễu lượng tử là một khía cạnh quan trọng của việc thu hẹp - Thiết kế laser laser. Trong thực tế, độ rộng dòng mong muốn đạt được bằng cách điều chỉnh các yếu tố chính của giới hạn ST: công suất laser, sử dụng các lỗ sâu của yếu tố- Các laser như laser sapphire titan, laser sợi và laser bán dẫn khoang bên ngoài là những ví dụ điển hình của laser có khả năng đạt được mức độ dòng chảy của Hertz - cho nhiều ứng dụng laser yêu cầu nhất. Tuy nhiên, việc thiết kế các laser đồng thời đáp ứng các yêu cầu về độ rộng, sức mạnh và bước sóng của một ứng dụng nhất định vẫn còn thách thức.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Macquarie đã thử nghiệm công nghệ này bằng cách sử dụng các tinh thể kim cương, cung cấp hiệu suất nhiệt tuyệt vời và cung cấp một môi trường thử nghiệm ổn định. Họ đã thử nghiệm chùm đầu vào "tiếng ồn" được tạo ra có chủ ý với độ rộng dòng vượt quá 10 MHz bằng cách sử dụng một tinh thể kim cương có đường kính chỉ vài mm trong khoang. Kỹ thuật tán xạ Raman của họ đã nén đường thẳng của chùm tia laser đầu ra đến 1 kHz, giới hạn của hệ thống phát hiện của chúng, đạt được hệ số nén vượt quá 10.000 lần.
Hình 1. Kết quả đo PSD đơn -} cho thấy sự thu hẹp tiếng ồn đáng kể của các thành phần hạt bơm và stokes ở tần số cao.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng nguyên tắc phân tán Raman được kích thích để kích thích các rung động tần số - trong vật liệu cao hơn, đạt được hiệu quả thu hẹp độ rộng của đường dây hiệu quả hơn hàng ngàn lần so với các phương pháp truyền thống. Về cơ bản, điều này thể hiện một công nghệ tinh chế quang phổ laser mới áp dụng cho các loại laser đầu vào khác nhau, đánh dấu một bước đột phá cơ bản trong công nghệ laser.
Công nghệ mới này giải quyết vấn đề biến đổi thời gian ngẫu nhiên nhỏ trong sóng ánh sáng gây ra sự suy giảm độ tinh khiết của chùm tia laser và giảm độ chính xác. Trong một tia laser lý tưởng, tất cả các sóng ánh sáng nên được đồng bộ hóa hoàn hảo - Nhưng trong thực tế, một số sóng ánh sáng có thể hơi dẫn hoặc tụt lại phía sau những người khác, gây ra sự dao động trong pha ánh sáng. Các biến động pha này tạo ra "nhiễu" trong phổ laser - làm mờ tần số của laser và giảm độ tinh khiết màu của nó.
Nguyên tắc của công nghệ Raman là chuyển đổi những bất thường theo thời gian này thành các rung động trong một tinh thể kim cương, được hấp thụ và tiêu tan nhanh chóng (trong vài nghìn tỷ giây). Điều này để lại các sóng ánh sáng còn lại với các dao động mượt mà hơn, dẫn đến độ tinh khiết quang phổ cao hơn và hiệu ứng thu hẹp đáng kể trên phổ laser.
Hình 2. (A) Sơ đồ của hệ thống laser, hiển thị các thành phần chính. WNG: Trình tạo nhiễu trắng, OC: Bộ ghép đầu ra, IC: Bộ ghép đầu vào, EOM: Electro - Bộ điều chế quang học, LBO: Lithium borat, λ/2: Half - Tấm sóng. (b) Stokes tần số trôi dạt với phản hồi (màu cam) và không có phản hồi (màu xanh). Đối với trường hợp phản hồi, điện áp áp điện được bao gồm để chỉ ra mức bù trôi.
Ngoài hiệu ứng thu hẹp đường dây đặc biệt của nó, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng kỹ thuật Raman của nó cung cấp nhiều lợi thế so với các phương pháp Brillouin truyền thống, bao gồm đạt được độ rộng dòng tối thiểu nhỏ hơn. Các loại laser đường thẳng hẹp - này có một số vùng cắt - Ứng dụng cạnh:
Máy tính lượng tử: Thao tác các bit lượng tử (Qubits), các đơn vị cơ bản của thông tin lượng tử, đòi hỏi điều khiển laser cực kỳ chính xác. Laser hiện tại giới thiệu nhiễu pha, dẫn đến lỗi trong điện toán lượng tử. Cải thiện độ tinh khiết quang phổ sẽ tăng cường độ tin cậy của máy tính lượng tử.
Đồng hồ nguyên tử: Đồng hồ nguyên tử tạo thành nền tảng của điều hướng GPS. Độ tinh khiết quang phổ cao hơn sẽ tăng cường hiệu suất của chúng và có thể thúc đẩy những khám phá mới trong vật lý cơ bản trong tương lai.
Phát hiện sóng hấp dẫn: Máy dò sóng hấp dẫn, đo các biến dạng cực kỳ nhỏ trong không thời gian, có thể trở nên nhạy cảm hơn bằng cách sử dụng các chùm tia laser với độ rộng đường hẹp hơn, có khả năng cho phép phát hiện các tín hiệu yếu hơn từ các sự kiện vũ trụ xa.
