注射锁定 Injection locking

2022-11-16 14:59:05 浏览:315

定义

通过将具有该频率的光注入激光谐振器来强制激光在特定光学频率上运行的技术。

注入锁定是一种主要应用于需要将高输出功率与极低强度噪声和相位噪声相结合的连续波单频激光源的技术。 这种低噪声性能,甚至只是单频操作,在高功率激光器中要困难得多,因为这些激光器往往更容易受到机械振动的影响,不能利用非常低噪声的泵浦源,并且受到显着的热影响。 此外,不希望将滤光片插入激光谐振器,因为这种滤光片会降低功率效率,并且可能无法承受高功率水平。

原则上,人们可以构建一个低噪声低功率激光器并放大其输出,例如使用高功率光纤放大器(→主振荡器功率放大器)。 然而,这种做法受到各种根本和实际问题的困扰。 特别是,在一定程度上不可避免的放大器噪声提高了噪声水平,从而无法达到标准的量子噪声水平。 此外,如果所需的总放大因子很大,则通常需要多个放大器级(即放大器链)。 最后,光纤的非线性尤其会导致单频操作(受激布里渊散射)的问题。

注射锁定 Injection locking

图1:注塑锁环激光系统。反馈电子元件作用于谐振器长度,以防止谐振偏离种子激光器的频率太远。

注射锁定是一种不同的方法,可以避免这些问题。 在这里,高输出功率由高功率激光器(而不是放大器)产生,称为从属激光器,通过部分透明的谐振镜注入低噪声低功率主激光器(或种子激光器)(通常是体激光器)的输出,其噪声水平大大降低。 如果主激光器和自由运行的从激光器的频率足够接近,则注入迫使从激光器精确地在注入频率上工作,噪声相对较小。 注入功率越高,种子激光器和从激光器谐振之间的允许频率偏移越大。 使用这种技术可以实现接近量子极限的强度和相位噪声。

注入锁定激光器工作的谐振器模式通常是高斯模式,但也可以在一些高阶模式下强制操作。

请注意,注射锁定不仅仅是注射种子:它意味着严格按照种子激光频率发射。 不带频率锁定的注入种子通常应用于调Q激光器和光学参量振荡器,有时错误地称为注入锁定。

自注射锁定

术语自注射锁定有时用于与上述技术有些相关的技术。 然而,种子信号来自同一激光器,而不是来自外部种子激光器。 这意味着激光谐振器接收到一些光学反馈——通常带有一些光谱滤波。 例如,通过连接包含窄带光纤布拉格光栅的光纤,可以将滤波后的光反馈提供给半导体激光管。 描述这种情况的另一种方法是将输出耦合器和外部反射器的组合视为一种法布里-佩罗干涉仪,形成具有强频率依赖性传输的有效输出耦合器。 这张图片还解释了为什么输出耦合器和外部反射器之间的间距很重要:它决定了法布里-佩罗的带宽。 实际上,与没有外部反射器的情况相比,激光线宽可能会大大减小。

在某些情况下,术语“自注射锁定”用于自注射播种更合适的地方。

参考文献

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