Nazariy jihatdan, tor chiziqli lazer - bu yagona chastota, ya'ni bitta ko'ndalang rejim, bitta bo'ylama rejim, faqat kogerent stimulyatsiyalangan nurlanish, bo'shliq ichidagi tashuvchining ko'tarilishi va tushishi, optik faza va foton natijasida hosil bo'lgan chastota domenidagi bitta spektral lazer chiqishiga mos keladi. zichlik barqaror holatda, past nisbiy zichlikdagi shovqin va past chastotali shovqin va boshqalar bilan, va shu bilan birga, qo'zg'alish to'lqin uzunligi juda yuqori yon rejimni bostirish nisbatiga ega.
Biroq, amalda, faol mintaqada yo'q qilinishi mumkin bo'lmagan spontan nurlanish tufayli, hayajonlangan radiatsiya rejimida faza va intensivlik tebranish effektlari kiritiladi, bu esa lazerning chiqish signali chastotasini doimo Gauss oq shovqiniga aylantiradi, bu esa ichki Lorentsga olib keladi. bitta lazer chastotasi spektrining chiziqli tipidagi kengayishi va spektrdagi konvertning ma'lum bir kengligi va bu kvant shovqinining o'zgarishi lazer chizig'ining pastki chegarasini belgilaydi. Ushbu kichik tebranish mexanik/akustik o'zgarishlar yoki tashqi muhitdagi termal o'zgarishlar natijasida yuzaga keladigan katta tebranishlar bilan osongina maskalanadi, natijada lazer chizig'ining kengayishi davom etadi va bu klassik shovqin effektlari lazer chizig'ining yuqori chegarasini aniqlaydi. Chiziq kengligi chastota zonasi nuqtai nazaridan chastota yoki fazaviy shovqinni tavsiflaydi va torroq chiziq kengligi pastroq lazer chastotasi yoki fazali shovqinni anglatadi.
Chiziq kengligi lazerning spontan nurlanish koeffitsienti va chiziq kengligining tarqalish omili bilan ijobiy bog'liqdir; va lazerning rezonans bo'shlig'ining uzunligi va chiqish quvvati bilan salbiy bog'liq. Lazerning bo'shliq uzunligi qanchalik uzoq bo'lsa, intrakavitatsiyaning yo'qolishi qanchalik kichik bo'lsa, so'nggi aks ettirish qanchalik baland bo'lsa, fotonning ishlash muddati shunchalik uzoq bo'ladi; chiqish quvvati qanchalik baland bo'lsa, o'z-o'zidan nurlanishning ulushi shunchalik past bo'ladi. Shuning uchun, bo'shliq uzunligi va kuchini oshirish yagona uzunlamasına rejimli lazer chizig'i kengligini siqishning samarali usuli hisoblanadi.
Tor chiziqli lazer chiqishining asosiy sharti bitta uzunlamasına rejim chiqishiga erishishdir, tor chiziqli yarimo'tkazgichli lazerlar odatda rezonansli bo'shliq chastotasini tanlash strukturasiga birlashtiriladi yoki ma'lum bir chastotada optik aloqani ta'minlash uchun bo'shliqdan tashqarida rejim tanlash moslamasi bilan birlashtiriladi. , chastotani tanlash moslamasining o'tish diapazoni kengligi uzunlamasına rejim oralig'idan 2 baravar kam bo'lsa, lazerning faqat bitta uzunlamasına samarali daromad ichida tarmoqli kengligini olishini ta'minlash uchun turli uzunlamasına rejimlarning daromad va yo'qotilishini samarali boshqarishingiz mumkin. rejim Qo'zg'alish faqat lazerning samarali daromad o'tkazuvchanligi doirasidagi bitta uzunlamasına rejim uchun olinadi.
Faol bo'shliq ichida va tashqarisida taqsimlangan turli chastotali tanlash tuzilmalariga ko'ra, tor chiziqli yarimo'tkazgichli lazerlar odatda ichki bo'shliqning qayta aloqa turiga va tashqi bo'shliqning qayta aloqa turi lazerlariga bo'linadi.
Ichki bo'shliqli qayta aloqa tor chiziqli yarimo'tkazgichli lazerlar odatda faol bo'shliq ichidagi Bragg panjaralarini yoki maxsus to'lqin o'tkazgich tuzilmalarini birlashtiradi, masalan, taqsimlangan qayta aloqa (DFB) yarim o'tkazgich lazerlari, taqsimlangan Bragg reflektori (DBR) yarim o'tkazgich lazerlari va ulangan bo'shliqli yarim o'tkazgich lazerlari. DFB, DBR va ulangan yarimo'tkazgichli lazerlar. Uzoq faol bo'shliqlarda to'lqin o'tkazgich qatlamini doping qilish optik yo'qotishning keskin o'sishiga olib keladi, bu lazer kuchini cheklaydi, faol bo'shliq uzunligining o'sishini cheklaydi va lazer chizig'i kengligining cheklangan siqilishiga olib keladi. Odatda DFB va DBR lazerlari odatda rezonansli bo'shliqlar sifatida fazali siljishlari bo'lgan, chip o'lchamlari yuz mikron bilan cheklangan, rezonans bo'shliqlar uchun kichik sifat omillari, past chiqish quvvati va lazer chizig'ining kengligi bilan bir xil yoki taqsimlangan geribildirimli Bragg panjarali tuzilmalaridan foydalanadi. diapazoni bir necha MGts dan o'nlab MGts gacha.
Tashqi bo'shliqli diodli lazer (ECDL) ikki qismga bo'linadi, ya'ni daromadni ta'minlash uchun faol ichki bo'shliq va fikr bildirish uchun passiv tashqi bo'shliq. Faol kuchayish muhitidan chiqadigan yorug'lik past yo'qotilgan passiv tashqi muhitdan o'tgandan so'ng, kuchayuvchi muhitga qaytariladi, kam yo'qotilgan passiv tashqi bo'shliqni kiritish esa tizimning fotonning ishlash muddatini oshiradi, shu bilan chiziq kengligini toraytiradi. Shuni ta'kidlash kerakki, tor chiziqli yarimo'tkazgichli lazer tashqi bo'shlig'i keng tushunchadir, qat'iy ma'noda, faqat aks ettiruvchi yarimo'tkazgichli optik kuchaytirgich (Reflective Semiconductor) kabi tashqi bo'shliq strukturasi deb nomlanuvchi rezonans bo'lmagan bo'shliq uchun faol bo'shliq. Optik kuchaytirgich (RSOA) old yuzasi aks ettiruvchi plyonkadan yasalgan, orqa yuzasi yuqori o'tkazuvchanlik membranasini ishlab chiqarish (oxirgi yuzning aks ettirish qobiliyati odatda 10-3 ~10-5).
Orqa yuzning optik aloqasi juda kichik bo'lganligi sababli, bo'shliq optik tebranish hosil qila olmaydi, shuning uchun faqat bo'shliqdan tashqarida etarlicha yuqori optik aloqani ta'minlash uchun bo'shliq ichidagi lazer nuri yo'lining aylanish jarayonida optik daromad yuqori bo'ladi. qo'zg'alish hosil qilish uchun optik yo'qotishdan ko'ra; yana bir holat - o'z-o'zidan in'ektsiya tuzilishi deb nomlanuvchi lazerni mustaqil qo'zg'atish uchun faol bo'shliq, lazerga AOK qilingan uzunlamasına rejimning ma'lum bir to'lqin uzunligini tanlash, natijada birinchi navbatda raqobat rejimida uzunlamasına rejim. rezonans, ustuvor to'yinganlikka erishiladi, bu esa faol mintaqadagi daromad profilining pasayishiga olib keladi. Biroq, ikkalasi ham lazer bo'shlig'ining uzunligini uzaytirish va tanlangan lazer chastotasini rezonans bo'shlig'iga tor tarmoqli qayta aloqa elementi orqali kiritish orqali rezonans bo'shlig'ining chiqish chastotasiga "qulflangan" va torroq chiziq kengligini olishning asosiy g'oyasi bir xil. ikkala holatda ham.
Planar Light Waveguide Chip (PLC) fotonik integratsiya texnologiyasining muhim ilovasi bo'lib, tashqi bo'shliqli yarimo'tkazgichli lazerlarda tor tarmoqli filtrlash va optik qayta aloqa qurilmalari uchun ko'proq diversifikatsiyalangan va moslashuvchan tanlovlarni ta'minlaydi. Izolyatordagi kremniy (SOI), kremniy dioksidi (SiO2) yoki kremniy nitridi (Si3N4) kabi past optik yo'qotishlarga ega bo'lgan kremniy asosidagi materiallarda to'lqin o'tkazgich, panjara yoki mikro-halqali tuzilmalarni ishlab chiqarish va keyin ularni III- bilan bog'lash va integratsiya qilish orqali. Rejim-spot transduserlari yoki mikrolinzalar orqali V yarimo'tkazgichli qozon chiplari, RSOA yoki DFB, PLClar bo'shliq zichligini hisobga olgan holda bo'shliq ichidagi fotonning fotonik zichligini yaxshilashi mumkin. III-V yarimo'tkazgichli geyner chipi, RSOA yoki DFB rejimi spot konvertori yoki mikrolinzalar bilan ulanish va integratsiya fotonning ishlash muddatini yaxshilashi va bo'shliq foton zichligini hisobga olgan holda lazer chizig'ining kengligini siqishi mumkin. Bunga qo'shimcha ravishda, ikkalasini bir xil issiqlik qabul qiluvchiga yopishtirish orqali kvazimonolitik tuzilma hosil bo'lishi mumkin, bu esa qurilmaning o'lchamini va narxini kamaytirishga yordam beradi.
Pekin universitetidagi janob Chang Lin guruhi ultra tor chiziqli gibrid integratsiyalashgan tor chiziqli lazerni yaratdi, uning faol qismi DFB lazeri, passiv filtrlash qismi esa 2,6 × 1 {{ sifat koeffitsientiga ega bo'lgan Si3N4 mikro halqasi. 8}} 8 va past chegarali kremniy nitridi to'lqin qo'llanmasi tuzilishi optik uzatish yo'qotilishini 0,1 dB / m ga kamaytirdi, bu oxir-oqibat Hz miqyosli chiziq kengligi chiqishini amalga oshiradi.
