좁은 - linewidth 레이저는 정밀 감지, 분광학 및 양자 과학을 포함한 광범위한 응용 분야에서 중요합니다. 스펙트럼 너비 외에도 스펙트럼 모양은 특정 응용 분야에 따라 중요한 요소입니다. 예를 들어, 레이저 라인의 양쪽의 전원은 양자 비트의 광학 조작에 오류를 일으키고 원자 시계의 정확도에 영향을 줄 수 있습니다. 레이저 주파수 노이즈와 관련하여, 레이저 모드로의 자발적 방출에 의해 생성 된 푸리에 구성 요소는 전형적으로 105Hz를 초과하며, 이러한 구성 요소는 선폭의 양쪽의 진폭을 결정합니다. Henry 향상 요인과 결합하여 이러한 요인은 Schawlow - Townes (ST) 한계로 알려진 양자 한계를 집합 적으로 정의하며, 이는 캐비티 진동 및 길이 드리프트와 같은 기술 노이즈를 제거한 후 유효 선폭의 달성 가능한 하한을 설정합니다.
따라서 양자 노이즈를 최소화하는 것은 좁은 - linewidth 레이저 설계의 중요한 측면입니다. 실제로, 원하는 linewidth는 높은 - quplitude - 내적 인덱스 커플 링 (낮은 henry 계수)을 갖는 획득 미디어를 선택하는 ST Limit : Laser Power의 주요 요소를 조정하여 달성됩니다. 티타늄 사파이어 레이저, 섬유 레이저 및 외부 캐비티 반도체 레이저와 같은 레이저는 가장 까다로운 코 히어 링 레이저 응용 분야에 필요한 Hertz - 레벨 라인 폭을 달성 할 수있는 레이저의 전형적인 예입니다. 그러나 주어진 애플리케이션의 선폭, 전력 및 파장 요구 사항을 동시에 충족시키는 레이저 설계는 여전히 어려운 일입니다.
Macquarie University의 연구원들은 다이아몬드 크리스탈을 사용 하여이 기술을 테스트했으며,이 기술은 우수한 열 성능을 제공하고 안정적인 테스트 환경을 제공합니다. 그들은 공동 내에서 직경이 단 몇 밀리미터의 직경을 가진 다이아몬드 크리스탈을 사용하여 10MHz를 초과하는 의도적으로 생성 된 "노이즈"입력 빔을 테스트했습니다. 그들의 라만 산란 기술은 출력 레이저 빔의 선폭을 1kHz로 압축하여 감지 시스템의 한계로 10,000 배를 초과하는 압축 계수를 달성했습니다.
그림 1. 단일 - 측면 PSD 측정 결과는 펌프 시드 및 고주파수의 스토크 구성 요소의 상당한 노이즈 좁아짐을 보여줍니다.
연구팀은 자극 된 라만 산란의 원리를 활용하여 재료 내에서 더 높은 - 주파수 진동을 자극하여 전통적인 방법보다 수천 배 더 효과적입니다. 기본적으로 이것은 다양한 유형의 입력 레이저에 적용되는 새로운 레이저 스펙트럼 정화 기술을 나타내며 레이저 기술의 기본 혁신을 표시합니다.
이 새로운 기술은 레이저 빔 순도가 감소하고 정밀도가 감소하는 광파에서 경미한 임의의 시간적 변화 문제를 해결합니다. 이상적인 레이저에서 모든 가벼운 파도는 -을 완벽하게 동기화해야하지만 실제로는 일부 가벼운 파도가 약간 리드되거나 다른 뒤에 지연 될 수있어 빛의 단계에서 변동을 일으킬 수 있습니다. 이 위상 변동은 레이저 스펙트럼 -에서 "노이즈"를 생성하여 레이저의 주파수를 흐리게하고 색상 순도를 줄입니다.
라만 기술의 원리는 이러한 시간적 불규칙성을 다이아몬드 결정 내에서 진동으로 변환하는 것입니다. 이것은 나머지 가벼운 파도를 더 부드러운 진동으로 남겨두고 스펙트럼 순도가 높고 레이저 스펙트럼에 대한 상당한 좁은 영향을 초래합니다.
그림 2. (a) 주요 구성 요소를 보여주는 레이저 시스템의 개략도. WNG : 화이트 노이즈 생성기, OC : 출력 커플러, IC : 입력 커플러, EOM : Electro - 광학 변조기, LBO : 리튬 보르테, λ/2 : 하프 - 웨이브 플레이트. (b) 피드백 (주황색)과 피드백 (파란색)이있는 스토크 주파수 드리프트. 피드백 케이스의 경우, 드리프트 보상을 나타 내기 위해 압전 전압이 포함된다.
연구원들은 탁월한 Linewidth 좁은 효과 외에도 라만 기술은 더 작은 최소 선폭 달성을 포함하여 전통적인 Brillouin 방법에 비해 여러 가지 장점을 제공한다는 것을 발견했습니다. 이 Ultra - 좁은 선폭 레이저는 여러 개의 절단 - 엣지 애플리케이션 영역이 있습니다.
양자 컴퓨터 : 양자 정보의 기본 단위 인 양자 비트 (Qubits) 조작은 매우 정확한 레이저 제어가 필요합니다. 현재 레이저는 위상 노이즈를 도입하여 양자 컴퓨팅의 오류로 이어집니다. 개선 된 스펙트럼 순도는 양자 컴퓨터의 신뢰성을 향상시킬 것입니다.
원자 시계 : 원자 시계는 GPS 탐색의 기초를 형성합니다. 스펙트럼 순도가 높을수록 성능을 향상시키고 미래의 기본 물리학에서 새로운 발견을 주도 할 수 있습니다.
중력파 감지 : 시공간 극소 왜곡을 측정하는 중력파 감지기는 좁은 선폭이있는 레이저 빔을 사용하여 더 민감 해져서 먼 우주 사건으로부터 약한 신호를 감지 할 수 있습니다.
