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Jun 09, 2024

赤い狭い

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9830 (2023) この記事を引用 455 アクセス メトリクスの詳細 狭線幅レーザーは、数多くの最先端のアプリケーションで広範な需要があります。 そのような

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9830 (2023) この記事を引用

455 アクセス

メトリクスの詳細

狭線幅レーザーは、数多くの最先端のアプリケーションで広範な需要があります。 可視範囲で動作するこのようなレーザーは特に興味深いものである。 レーザー ダイオードの周波数を高 Q ささやきギャラリー モードに自己注入ロックすることは、優れたレーザー性能を達成するための効果的かつ普遍的な方法です。 我々は、結晶質MgF\(_2\)微小共振器にロックされたファブリ・ペローレーザーダイオードを使用して、638 nmで20 \(\mu\)sの平均時間で10 Hz未満の瞬間線幅の超狭レーザー発振を実証します。 10 ms の安定性を特徴付ける \(\beta\) 分離線技術で測定された線幅は 1.4 kHz と低くなります。 出力電力は80mWを超えます。 実証された結果は、確実な出力パワーと線幅の組み合わせの点で、可視域レーザーとしては最高のものの一つです。 さらに、このような安定化されたファブリ・ペローレーザーダイオードのゲインスイッチング方式の最初の実証が、高コントラストの可視周波数コム生成を示したことを報告します。 10 MHz から 3.8 GHz までの調整可能なラインスペースが観察されます。 我々は、ライン間のビートノートがサブ Hz の線幅を持ち、自己注入ロッキング領域でスペクトル浄化を受けることを実証しました。 この結果は、可視範囲の分光分析にとって特に重要である可能性があります。

狭線幅レーザーは、数多くの最先端技術で需要が高まっています1、2、3、4、5。 これらは、位置/ナビゲーション/タイミング システム、コヒーレント通信、高精度分光法、光測距、周波数シンセサイザー、高精度測定などの高度な分野で新たな可能性を切り開きます。 ささやきギャラリーモード微小共振器の固有周波数へのレーザーダイオード周波数の自己注入同期（SIL）は、前例のない細いラインを備えた超安定した小型レーザー光源の製造に有効であることがすでに証明されています6。 数十年前、赤色レーザーを kHz の線幅まで安定化するための SIL が光学分野で初めて実証されました 7,8。 現在、このアプローチの適用性と高い効率は、UV から中赤外までの広範囲の波長に対して実証されています9,10,11,12,13,14。 それにもかかわらず、通信波長では最良の結果が得られました。 最近では、熱屈折ノイズの限界が安定化レーザーの制限要因となっています 15,16。 熱屈折ノイズによって制限されるヘルツスケールの線幅が実証されました 10、17、18。 熱屈折ノイズを克服する方法の 1 つは、大きなスパイラル共振器を使用することです 19,20。 SIL レーザーは、短い平均時間 (\(\おおよそ\) ミリ秒) で最高の安定性を発揮します。 より長いタイムスケールでは、通常、共振器の熱ドリフトが不安定性の主な原因となります。 パウンド・ドレバー・ホール (PDH) ロック技術は、線幅と残留位相ノイズに関する優れた実験結果を示しましたが、SIL は依然として実験用デバイスと民生用デバイスの両方にとって最も直接的で堅牢なアプローチです。

可視スペクトル範囲は、多くの最新のアプリケーションにとって最も重要です23。 近赤外では多くのサンプルで強い吸収が観察されるため、この範囲はバイオセンシングにとって非常に興味深いものです。 また、分子は可視領域で強い吸収線を受けることが多いため、スペクトルの研究機器として線幅の狭いレーザーが必要です。 さらに、例えば Rb および Cs の遷移線に基づく原子時計には、狭い線幅と可視範囲内の特定の周波数を備えたレーザー光源が必要です。 狭線幅の可視レーザーを必要とする他の重要なアプリケーションとしては、量子センシングおよび通信24,25、大容量通信システム26、レーザーベースの位置/ナビゲーション/タイミングシステム27,28、レーザーベースのディスプレイ29を含む量子フォトニクスを挙げることができます。拡張現実および仮想現実のためのディスプレイの30．

ただし、波長が短い場合、SIL ベースのアプローチは、微小共振器の Q 値が低下し、安定化係数が減少するため、高いレイリー散乱によって制限される可能性があります 31,32。