Кіріспе
Түнделетін лазер – жұмыс істейтін толқын ұзындығын бақыланатын түрде өзгертуге мүмкіндік беретін лазер. Барлық лазерлік күшейткіш орталар шығыс толқын ұзындығының шағын өзгерісіне мүмкіндік берсе де, лазерлердің тек бірнеше түрі ғана маңызды толқын ұзындығы диапазонында үздіксіз реттеуге мүмкіндік береді. Түнделетін лазерлердің көптеген түрлері мен санаттары бар. Олар газ, сұйық және қатты күйде кездеседі. Түнделетін лазерлердің түрлеріне эксимерлік лазерлер, газ лазерлері (CO2 және He Ne лазерлері сияқты), бояғыш лазерлер (сұйық және қатты күйдегі), өтпелі металлдардың қатты күйдегі лазерлері, жартылай өткізгіш кристалдық және диодты лазерлер, сондай-ақ еркін электронды лазерлер жатады. Түнделетін лазерлер спектроскопияда, фотохимияда, атомдық бу лазерлік изотоптарды бөлуде және оптикалық байланыста қолданылады.
Бір желілі көйлеу
Нағыз лазер толық бір түсті бола алмайды, сондықтан барлық лазерлер лазерлік ауысудың сызық ені деп аталатын белгілі бір жиіліктер диапазонында жарық шығарады. Көптеген лазерлерде бұл сызық ені өте тар болады (мысалы, Nd:YAG лазерінің нм толқын ұзындығындағы ауысуы шамамен 120 ГГц немесе 0,45 нм сызық еніне ие). Лазерлік шығыстың осы диапазондағы реттелуіне лазердің оптикалық қуысына толқын ұзындығын таңдауға арналған оптикалық элементтерді (мысалы, эталонды) орналастыру арқылы, қуыстың белгілі бір бойлық режимін таңдау арқылы қол жеткізуге болады.
Көп желілі көйлеу
Лазерлік ортаның көпшілігінде лазерлік жұмыс істеуге болатын бірнеше ауысу толқын ұзындықтары болады. Мысалы, негізгі нм шығыс сызығынан басқа, Nd:YAG-де нм, нм, нм, нм толқын ұзындықтарында және тағы да бірнеше сызықтарда әлсіз ауысулар бар. Әдетте, бұл сызықтар ең күшті ауысудың күшейімі басылмайынша жұмыс істемейді; мысалы, толқын ұзындығын таңдаушы диэлектрлік айналарды пайдалану арқылы. Егер оптикалық резонаторға призма сияқты дисперсиялық элемент енгізілсе, резонатордың айналарын бұру лазердің әртүрлі лазерлік сызықтар арасында "секіріп" тұруына және лазерді реттеуге мүмкіндік береді. Мұндай схемалар аргон иондық лазерлерде кең таралған, олар лазерді ультракүлгін және көк түстен жасыл түске дейінгі бірнеше сызықтарға реттеуге мүмкіндік береді.
Тар жолақты көйлеу
Лазерлердің кейбір түрлері үшін лазер қуысының ұзындығын өзгерту мүмкін, соның салдарынан оларды кең толқын ұзындығы диапазонында үздіксіз реттеуге болады. Бөлінген кері байланыс (DFB) жартылай өткізгіш лазерлері және тік қуыстың бетінен сәуле шығаратын лазерлер (VCSEL) оптикалық қуыстың айналарын құру үшін периодтық бөлінген Брагг рефлекторларын (DBR) пайдаланады. Лазердің температурасы өзгерген кезде, DBR құрылымының көрсеткішінің өзгеруі оның ең жоғары шағылыстыратын толқын ұзындығының ығысуына және, демек, лазердің толқын ұзындығының өзгеруіне алып келеді. Мұндай лазерлердің реттеу диапазоны әдетте бірнеше нанометрді құрайды, максимум шамамен 6 нм-ге жетеді, лазер температурасы ~50 К-қа дейін өзгергенде. Жалпы ереже бойынша, 1550 нм толқын ұзындығы режимінде жұмыс істейтін DFB лазерлерінің толқын ұзындығы 0,08 нм/К шамасында реттеледі. Мұндай лазерлер сигнал толқын ұзындығын реттеуге мүмкіндік беретін DWDM жүйелері сияқты оптикалық байланыс саласында кеңінен қолданылады. Осы техниканы пайдаланып кең жолақты реттеуге қол жеткізу үшін Santur Corporation немесе Nippon Telegraph and Telephone (NTT Corporation) сияқты компаниялар бір чипке мұндай лазерлердің массивін орналастырып, реттеу диапазондарын біріктіреді.
Қолданбалар
Түзетілетін лазерлердің қолданыс аясы өте кең. Тиісті сүзгімен жұптастырылғанда, түзетілетін лазер көзін бірнеше жүз нанометрге дейін реттеуге болады, ал спектрлік ажыратымдылығы толқын ұзындығы диапазонына байланысты 4 нм-ден 0,3 нм-ге дейін жете алады. Жеткілікті жақсы оқшаулау (>OD4) болғанда, түзетілетін лазер көзін негізгі сіңіру және фотолюминесценцияны зерттеу үшін пайдалануға болады. Оны күн элементтерін сипаттау үшін жарық сәулесімен туындаған ток (LBIC) тәжірибесінде қолдануға болады, осылайша құрылғының сыртқы кванттық тиімділігін (EQE) картаға түсіруге болады. Ол сондай-ақ алтын нанобөлшектерін және бір қабырғалы көміртек нанотүтіктердің термопилін сипаттау үшін де қолданылуы мүмкін, онда 400 нм-ден бастап кең реттелетін диапазон қажет. Жақында торлы қабық ауруларын ерте анықтау үшін гиперспектралды бейнелеуді жасау үшін түзетілетін лазерлер қолданылды, мұнда бүкіл торлы қабықты тиімді жарықтандыру үшін толқын ұзындығының кең диапазоны, тар жолақтың ені және жоғары оқшаулау маңызды. Түзетілетін лазер көзі – бұл рефлексиялық және тарату спектроскопиясы, фотобиология, детекторларды калибрлеу, гиперспектралды бейнелеу және тұрақты күйдегі сорғы-проба тәжірибесі сияқты көптеген салалардағы қуатты құрал.
Тарих
Ең алғашқы кеңінен реттелетін лазер 1966 жылы бояу лазері болды. Ханш 1972 жылы алғашқы тар сызық енімен реттелетін лазерді ұсынды. Бояу лазерлері және кейбір виброникалық қатты дене лазерлерінің өте кең жолақтары бар, бұл ондағаннан жүздеген нанометрге дейін реттеуге мүмкіндік береді. Титан қосылған сапфир – 670 нм-ден бастап нм толқын ұзындығында лазерлік жұмыс істете алатын ең көп таралған реттелетін қатты дене лазері. Әдетте, бұл лазерлік жүйелер лазерлік резонаторға Lyot сүзгісін қосады, ол лазерді реттеу үшін айналады. Басқа реттеу техникалары дифракциялық торларды, призмаларды, эталондарды және олардың комбинацияларын қамтиды. Диартенің сипаттағандай, бірнеше конфигурациядағы көп призмалық торлар, диодтық, бояу, газ және басқа реттелетін лазерлерде қолданылады.