Sempit - laser linewidth sangat penting dalam berbagai aplikasi, termasuk penginderaan presisi, spektroskopi, dan ilmu kuantum. Selain lebar spektral, bentuk spektral juga merupakan faktor penting, tergantung pada aplikasi spesifik. Misalnya, daya di kedua sisi garis laser dapat menimbulkan kesalahan dalam manipulasi optik bit kuantum dan mempengaruhi keakuratan jam atom. Mengenai kebisingan frekuensi laser, komponen Fourier yang dihasilkan oleh emisi spontan ke dalam mode laser biasanya melebihi 105 Hz, dan komponen -komponen ini menentukan amplitudo di kedua sisi linewidth. Dikombinasikan dengan faktor peningkatan Henry, faktor -faktor ini secara kolektif menentukan batas kuantum, yang dikenal sebagai schawlow - batas kota, yang menetapkan batas bawah yang dapat dicapai dari linewidth efektif setelah menghilangkan kebisingan teknis seperti getaran rongga dan penyimpangan panjang.
Oleh karena itu, meminimalkan noise kuantum adalah aspek penting dari desain laser linewidth {{0} {{{{{{{{linewidth. Dalam praktiknya, linewidth yang diinginkan dicapai dengan menyesuaikan faktor -faktor kunci dari batas ST: kekuatan laser, menggunakan rongga faktor - - yang tinggi, dan memilih media gain dengan amplitudo lapangan rendah - kopling indeks refraksi (faktor henry rendah). Laser seperti laser titanium sapphire, laser serat, dan laser semikonduktor rongga eksternal adalah contoh khas laser yang mampu mencapai linewidth tingkat hertz - yang diperlukan untuk banyak aplikasi laser koheren yang paling menuntut. Namun, merancang laser yang secara bersamaan memenuhi persyaratan linewidth, kekuatan, dan panjang gelombang dari aplikasi yang diberikan tetap menantang.
Para peneliti di Macquarie University menguji teknologi ini menggunakan kristal berlian, yang menawarkan kinerja termal yang sangat baik dan menyediakan lingkungan pengujian yang stabil. Mereka menguji balok input "noise" yang sengaja dibuat dengan linewidth melebihi 10 MHz menggunakan kristal berlian dengan diameter hanya beberapa milimeter dalam rongga. Teknik hamburan Raman mereka mengompres linewidth balok laser output hingga 1 kHz, batas sistem deteksi mereka, mencapai faktor kompresi yang melebihi 10.000 kali.
Gambar 1. Single - Hasil pengukuran PSD sisi menunjukkan penyempitan kebisingan yang signifikan dari komponen biji pompa dan komponen Stokes pada frekuensi tinggi.
Tim peneliti menggunakan prinsip hamburan Raman yang distimulasi untuk menggairahkan getaran frekuensi - yang lebih tinggi dalam materi, mencapai efek penyempitan linewidth ribuan kali lebih efektif daripada metode tradisional. Pada dasarnya, ini merupakan teknologi pemurnian spektral laser baru yang berlaku untuk berbagai jenis laser input, menandai terobosan mendasar dalam teknologi laser.
Teknologi baru ini membahas masalah variasi temporal acak kecil dalam gelombang cahaya yang menyebabkan penurunan kemurnian balok laser dan pengurangan presisi. Dalam laser yang ideal, semua gelombang cahaya harus disinkronkan dengan sempurna - tetapi pada kenyataannya, beberapa gelombang cahaya mungkin sedikit mengarah atau lag di belakang yang lain, menyebabkan fluktuasi dalam fase cahaya. Fluktuasi fase ini menghasilkan "noise" dalam spektrum laser - mengaburkan frekuensi laser dan mengurangi kemurnian warnanya.
Prinsip teknologi Raman adalah untuk mengubah penyimpangan temporal ini menjadi getaran dalam kristal berlian, yang dengan cepat diserap dan dihilangkan (dalam beberapa triliun detik). Ini meninggalkan gelombang cahaya yang tersisa dengan osilasi yang lebih halus, menghasilkan kemurnian spektral yang lebih tinggi dan efek penyempitan yang signifikan pada spektrum laser.
Gambar 2. (a) Diagram skematis dari sistem laser, menunjukkan komponen kunci. WNG: Generator white noise, OC: output coupler, IC: input coupler, eom: electro - modulator optik, lbo: lithium borate, λ/2: setengah - pelat gelombang. (B) Stokes frekuensi penyimpangan dengan umpan balik (oranye) dan tanpa umpan balik (biru). Untuk kasus umpan balik, tegangan piezoelektrik dimasukkan untuk menunjukkan kompensasi drift.
Selain efek penyempitan linewidth yang luar biasa, para peneliti menemukan bahwa teknik Ramannya menawarkan banyak keunggulan dibandingkan metode Brillouin tradisional, termasuk mencapai linewidth minimum yang lebih kecil. Ultra ini - laser linewidth sempit memiliki beberapa pemotongan - area aplikasi tepi:
Komputer kuantum: memanipulasi bit kuantum (qubit), unit mendasar dari informasi kuantum, membutuhkan kontrol laser yang sangat tepat. Laser saat ini memperkenalkan noise fase, yang menyebabkan kesalahan dalam komputasi kuantum. Kemurnian spektral yang ditingkatkan akan meningkatkan keandalan komputer kuantum.
Jam Atom: Jam atom membentuk fondasi navigasi GPS. Kemurnian spektral yang lebih tinggi akan meningkatkan kinerja mereka dan dapat mendorong penemuan baru dalam fisika fundamental di masa depan.
Deteksi gelombang gravitasi: Detektor gelombang gravitasi, yang mengukur distorsi yang sangat kecil dalam ruangwaktu, dapat menjadi lebih sensitif dengan menggunakan balok laser dengan linewidth yang lebih sempit, berpotensi memungkinkan deteksi sinyal yang lebih lemah dari peristiwa kosmik yang jauh.
