튜너블 레이저

Tunable laser
로다민 6G 기반 CW 염색 레이저 염료레이저는 최초의 광범위하게 튜닝 가능한 레이저로 간주된다.

튜닝 레이저란 조작 파장을 제어하는 방식으로 변경할 수 있는 레이저를 말한다. 모든 레이저 게인 미디어는 출력 파장의 작은 이동을 허용하지만, 레이저의 몇 가지 유형만이 상당한 파장 범위에 걸쳐 연속적인 튜닝을 허용한다.

튜닝 가능한 레이저에는 많은 종류와 범주가 있다. 그들은 가스, 액체, 고체 상태로 존재한다. 튜닝 가능한 레이저의 종류로는 엑시머 레이저, 가스 레이저(CO2, He-Ne 레이저 등), 염색 레이저(액체와 고체 상태), 전환 금속 솔리드 스테이트 레이저, 반도체 결정과 다이오드 레이저, 프리 전자 레이저 등이 있다.[1] 튜닝 가능한 레이저들은 분광학,[2] 광화학, 원자 증기 레이저 동위원소 분리,[3][4] 광통신에서 응용 프로그램을 찾는다.

튜닝성 유형

단일 라인 튜닝

실제 레이저가 실제로 단색인 것은 아니기 때문에 모든 레이저가 레이저 전환의 선폭이라고 알려진 어떤 주파수 범위에서 빛을 방출할 수 있다. 대부분의 레이저에서 이 선폭은 상당히 좁다(예: Nd의 1,064nm 파장 전환:YAG 레이저의 선폭은 약 120 GHz 또는 0.45 nm[5])이다. 이 범위에 걸친 레이저 출력의 조정은 파장 선택 광학 요소(예: 에탈론)를 레이저 광학 공동에 배치하여 공동의 특정한 세로 모드를 선택할 수 있도록 함으로써 달성될 수 있다.

멀티 라인 튜닝

대부분의 레이저 게인 미디어는 레이저 작동을 달성할 수 있는 다수의 전환 파장을 가지고 있다. 예를 들어, 기본 1,064nm 출력 라인과 Nd:YAG는 1,052nm, 1,074nm, 1,112nm, 1,319nm 및 다수의 다른 라인에서 전환이 약하다.[6] 일반적으로 이러한 선은 가장 강력한 전환의 이득을 억제하지 않는 한 작동하지 않는다. 예를 들어, 파장 선택형 유전 거울을 사용함으로써 말이다. 프리즘과 같은 분산 원소가 광학 공동에 유입될 경우, 캐비티의 거울이 기울어지면 레이저가 서로 다른 레이저 라인 사이에서 "홉"되기 때문에 레이저가 튜닝될 수 있다. 이러한 계획은 아르곤 이온 레이저에서 흔히 볼 수 있으며, 자외선과 푸른색에서 녹색 파장까지 레이저를 여러 선으로 튜닝할 수 있다.

협대역 튜닝

어떤 종류의 레이저의 경우 레이저의 캐비티 길이를 수정할 수 있으며, 따라서 상당한 파장 범위에서 레이저를 지속적으로 조정할 수 있다. 분산 피드백(DFB) 반도체 레이저와 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL)는 주기적인 분산형 브래그 반사체(DBR) 구조를 사용하여 광강의 거울을 형성한다. 레이저의 온도가 바뀌면 DBR 구조의 지수 변화는 피크 반사 파장의 변화를 일으켜 레이저의 파장의 변화를 일으킨다. 이러한 레이저의 튜닝 범위는 레이저 온도가 50K ~ 50K에 걸쳐 변경되기 때문에 일반적으로 최대 약 6nm의 몇 나노미터에 달한다. 경험에 비추어 볼 때 파장은 1,550nm 파장 계통에서 작동하는 DFB 레이저의 경우 0.08nm/K로 조정된다. 그러한 레이저들은 일반적으로 DWDM 시스템과 같은 광통신 애플리케이션에서 신호 파장을 조정할 수 있도록 사용된다. 이 기법을 이용해 광대역 튜닝을 받기 위해 산투르나 닛폰 텔레그래프·전화(NTT Corporation)[7] 등 일부에서는 그러한 레이저를 하나의 칩에 배열해 튜닝 범위를 연결한다.

광범위하게 튜닝 가능한 레이저

일반적인 레이저 다이오드. 외부 광학 장치를 장착할 때 이러한 레이저를 주로 적외선과 근적외선으로 조정할 수 있다.

SG-DBR(Sample Grating Distributed Bragg Reflector Lasers)은 훨씬 더 큰 튜닝 범위를 가지며, 버니어 튜너블 Bragg 미러와 위상 섹션을 사용하면 50nm 이하의 단일 모드 출력 범위를 선택할 수 있다. DWDM 시스템의[8] 광범위한 튜닝 범위를 달성하기 위한 기타 기술은 다음과 같다.

  • Ioolon이 상용화한 장치 등, 캐비티 길이 조정을 위한 MEMS 구조를 사용하는 외부 캐비티 레이저.
  • 광범위한 튜닝성을 위한 다중 프리스마 그리팅 배열을 사용하는 외부 캐비티 레이저.[9]
  • 여러 열 튜닝 DFB 레이저를 기반으로 한 DFB 레이저 어레이: 정확한 레이저 바를 선택하면 거친 튜닝이 가능하다. 이후 산투르사가 상용화한 기기 등 열적으로 미세 조정이 이뤄진다.
  • Tunable VCSEL: 2개의 미러 스택 중 하나는 이동 가능하다. VCSEL 구조에서 충분한 출력 전력을 얻기 위해 1,550nm 도메인의 레이저를 광학 펌핑하거나 장치에 추가 광학 증폭기가 내장되어 있다.

2008년 12월 현재 DWDM-시스템 애플리케이션을 위해 상업적으로 이용 가능한 광범위하게 조정 가능한 VCSEL은 더 이상 존재하지 않는다.[citation needed]

1옥타브 이상의 튜닝성을 가진 최초의 적외선 레이저가 게르마늄 크리스탈 레이저였다는 주장이다.[10]

적용들

튜닝 가능한 레이저의 적용 범위는 매우 넓다. 오른쪽 필터에 결합하면, 조정 가능한 선원은 파장 범위에 따라 4 nm에서 0.3 nm까지 갈 수 있는 스펙트럼 분해능으로 수 백 나노미터에[11][12][13] 걸쳐 튜닝할 수 있다. 충분한 격리(>OD4)를 통해 기본적인 흡수 및 광 발광 연구를 위해 튜닝 가능한 선원을 사용할 수 있다. 장치의 외부 양자효율(EQE)을 매핑할 수 있는 광선 유도 전류(LBIC)[14] 실험에서 태양전지 특성화에 사용할 수 있다. 400nm~1000nm의 넓은 튜닝이 필수적인 금 나노입자와[15] 단벽 탄소 나노튜브 열가소재의[16] 특성화에도 사용할 수 있다. 조정 가능한 선원은 최근 망막 전체의 효율적인 조명을 얻기 위해 광범위한 파장, 작은 대역폭, 뛰어난 절연이 중요한 망막 질환의 조기 발견을 위한 과대망막 이미징 개발에 사용되었다.[17][18] 튜닝 가능한 선원은 반사와 전송 분광학, 광생물학, 검출기 보정, 과대망상 이미징 및 정상 상태 펌프 프로브 실험을 위한 강력한 도구가 될 수 있다.

역사

처음으로 광범위하게 조정 가능한 진짜 레이저가 1966년 염색 레이저였다.[19][20] 헨쉬는 1972년에 최초의 좁은 선폭 튜닝 레이저를 도입했다.[21] 염료 레이저와 일부 바이브론 솔리드 스테이트 레이저에는 대역폭이 매우 커서 수십에서 수백 나노미터의 범위에서 튜닝이 가능하다.[22] 티타늄 도핑 사파이어는 가장 일반적인 튜닝 가능한 고체 상태의 레이저로 670nm에서 1100nm 파장까지 레이저 조작이 가능하다.[23] 일반적으로 이러한 레이저 시스템은 레이저 캐비티에 리오트 필터를 내장하고, 레이저를 튜닝하기 위해 회전한다. 다른 튜닝 기법에는 회절 만족, 프리즘, 에탈론, 그리고 이것들의 조합이 포함된다.[24] Duarte가 설명한 여러 구성에서 다중 프리스마 그리팅 배열은 다이오드, 염료, 가스 및 기타 튜닝 레이저에 사용된다.[25]

참고 항목

참조

  1. ^ F. J. 두아르테(ed.), 튜너블 레이저 핸드북(Academic, 1995).
  2. ^ W. 뎀트뢰더, 레이저 분광학: 기본 원리, 제4조 (봄철, 베를린, 2008)
  3. ^ Laser Spectroscopy와 그 어플리케이션의 J. Radziemski, R. W. Solarz, J. A. Paisner (Eds.) (Marcel Dekker, New York, 1987년) 제2장
  4. ^ M. A. Akerman, 염색체-레이저 동위원소 분리 F. J. Duarte와 L. W. Hillman, Eds. (학술, New York, 1990) 9장.
  5. ^ 제2.3.1조, 페이지 49
  6. ^ 제2.3.1조, p53조, Koechner, 제2.3.1조, p53조.
  7. ^ Tsuzuki, K.; Shibata, Y.; Kikuchi, N.; Ishikawa, M.; Yasui, T.; Ishii, H.; Yasaka, H. (2009). "Full Tunable DFB Laser Array Copackaged with InP Mach-Zehnder Modulator for DWDM Optical Communication Systems". IEEE Selected Topics in Quantum Electronics. 15: 521–527. doi:10.1109/jstqe.2009.2013972.
  8. ^ 라이트레딩의 튜너블 레이저
  9. ^ P. Zorabedian, Tunable 외장 캐비티 반도체 레이저, Tunable Lasers Handbook, F. J. Duarte, Ed. (Academic, New York, 1995) 제8장.
  10. ^ http://spie.org/x39922.xml에서 사진 3을 참조하십시오.
  11. ^ PhotonEtc: 400nm ~ 2300nm의 튜닝 가능한 레이저 소스.
  12. ^ 백혈병 : 화이트 라이트 컴팩트 초연속 시스템.
  13. ^ Fianium : 강력한 WhiteLase 초지연공 소스.
  14. ^ L. Lombez; et al. (2014). "Micrometric investigation of external quantum efficiency in microcrystalline CuInGa(S,Se)2 solar cells". Thin Solid Films. 565: 32–36. Bibcode:2014TSF...565...32L. doi:10.1016/j.tsf.2014.06.041.
  15. ^ S. Patskovsky; et al. (2014). "Wide-field hyperspectral 3D imaging of functionalized gold nanoparticles targeting cancer cells by reflected light microscopy". Journal of Biophotonics. 8 (5): 401–407. doi:10.1002/jbio.201400025. PMID 24961507.
  16. ^ St-Antoine B, et al. (2011). "Single-Walled Carbon Nanotube Thermopile For Broadband Light Detection". Nano Letters. 11 (2): 609–613. Bibcode:2011NanoL..11..609S. doi:10.1021/nl1036947. PMID 21189022.
  17. ^ Shahidi AM, et al. (2013). "Regional variation in human retinal vessel oxygen saturation". Exp Eye Res. 113: 143–7. doi:10.1016/j.exer.2013.06.001. PMID 23791637.
  18. ^ 레티날 이미징용 튜닝형 레이저.
  19. ^ F. P. 쉐퍼(ed.), 염색 레이저(Springer, 1990)
  20. ^ F. J. 두아르테와 L. W. 힐만(eds), 염색 레이저 원리(Academic, 1990)
  21. ^ Hänsch, T. W. (1972). "Repetitively Pulsed Tunable Dye Laser for High Resolution Spectroscopy". Appl. Opt. 11 (4): 895–898. Bibcode:1972ApOpt..11..895H. doi:10.1364/ao.11.000895. PMID 20119064.
  22. ^ §2.5, pp66–78.
  23. ^ . doi:10.1364/OL.16.000399. {{cite journal}}: Cite 저널은 (도움말)을 요구한다. 누락 또는 비어 있음(도움말)
  24. ^ F. J. 두아르테와 L. W. 힐만(eds), 염료 레이저 원리(학술, 1990) 제4장
  25. ^ F. J. 듀아르테, 튜너블 레이저 광학, 제2장 (CRC, New York, 2015) 제7장.

추가 읽기

  • Koechner, Walter (1988). Solid-State Laser Engineering (2nd ed.). Springer-Verlag. ISBN 978-3-540-18747-9.