Кіріспе

Лазердің түрі. Раман лазері – негізгі жарық күшейту механизмі ынталандырылған Раман шашырауы болып табылатын лазердің нақты түрі. Көптеген "дәстүрлі" лазерлердің (мысалы, рубин лазері) жарықты күшейтуі ынталандырылған электрондық ауысуларға негізделген.

Спектрлік икемділік

Раман лазерлері оптикалық түрде сорғыланады. Дегенмен, бұл сорғылау дәстүрлі лазерлердегідей популяциялық инверсияны тудырмайды. Керісінше, сорғы фотондары сіңіріліп, стимуляцияланған Раман шашырауы арқылы «бірден» төмен жиілікті лазерлік фотондар («Стокc» фотондары) ретінде қайта шығарылады. Екі фотонның энергиясы арасындағы айырмашылық тұрақты және күшейту ортасының діріл жиілігіне сәйкес келеді. Бұл, теориялық тұрғыда, сорғы лазерінің толқын ұзындығын тиісінше таңдау арқылы кез келген лазерлік шығыс толқын ұзындығын жасауға мүмкіндік береді. Бұл дәстүрлі лазерлерден өзгеше, онда лазердің мүмкін болатын шығыс толқын ұзындығы күшейту материалдың эмиссиялық сызықтарымен анықталады. Мысалы, кремний диоксидінен жасалған оптикалық талшықтарда ең жоғары Раман күшейтуіне сәйкес келетін жиілік ығысуы шамамен 13,2 ТГц құрайды. Жақын инфрақызыл аймақта бұл сорғы жарығы мен лазерлік шығыс жарығы арасындағы шамамен 100 нм толқын ұзындығы айырмасына сәйкес келеді.

Раман лазерлерінің түрлері

1962 жылы Жизела Экхардт пен Э.Ж. Вудбери жасаған алғашқы Раман лазері, күшейткіш орта ретінде нитробензол қолданды, ол Q-коммутациялық рубин лазерінің ішкі қуысында соққыға түсірілді. Раман лазерлерін құрастыру үшін әртүрлі күшейткіш орталарды пайдалануға болады:

Раман талшықты лазерлері

1976 жылы пайда болу ортасы ретінде оптикалық талшықты қолданатын алғашқы үздіксіз толқынды Раман лазері жасалды. Талшықтық лазерлерде сорғы жарығының тығыз кеңістіктегі шектелуі салыстырмалы түрде үлкен қашықтықтар бойында сақталады. Бұл сорғының шекті қуатын практикалық деңгейге дейін төмендетеді және үздіксіз толқынмен жұмыс істеуге мүмкіндік береді. 1988 жылы Bragg торларына негізделген алғашқы Раман талшықты лазері жасалды. Bragg торлары тар жолақты шағылыстырғыштар болып табылады және лазер қуысының айналары ретінде қызмет етеді. Олар пайда болу ортасы ретінде қолданылатын оптикалық талшықтың өзегіне тікелей жазылады, бұл талшықты сыртқы оптикалық қуыс рефлекторларымен байланыстырудан туындаған айтарлықтай шығындарды жояды. Қазіргі кезде коммерциялық түрде қол жетімді талшықтық Раман лазерлері үздіксіз толқынмен жұмыс істегенде ондаған Ваттқа дейін шығыс қуатын бере алады. Бұл құрылғыларда жиі қолданылатын техника – каскадтау, алғаш рет 1994 жылы ұсынылған: бір жиілікті өзгерту қадамында сорғы жарығынан туындаған "бірінші реттік" лазерлік жарық лазерлік резонаторда тұрақталып, өзі "екінші реттік" лазерлік жарықтың генерациясы үшін сорғы ретінде әрекет ететіндей деңгейге жетеді, ол да сол тербеліс жиілігімен өзгертіледі. Осылайша, бір лазерлік резонатор сорғы жарығын (әдетте 1060 нм шамасында) бірнеше дискретті қадамдар арқылы "кез келген" қажетті шығыс толқын ұзындығына түрлендіреді.

Кремнийлі Раман лазерлері

Жақында, 2004 жылы Бахрам Джалалидің Лос-Анджелестегі Калифорния университетіндегі тобы және 2005 жылы Intel компаниясы кремнийге негізделген интегралды оптикалық толқын жетектерінде Раман лазерін іске қосуды көрсетті (пульсті режимде және үздіріссіз толқында). Бұл жетістіктерге көп назар аударылды, себебі кремнийде алғаш рет лазер жасалды: кристалдық кремнийдің тікелей емес энергиялық айырмасы болғандықтан, электрондық көшулерге негізделген "классикалық" лазерлеу мүмкін емес. Кремний фотоникасы саласында кремнийге негізделген практикалық жарық көздері өте маңызды, себебі бұл сала кремнийді электрониканы ғана емес, сонымен қатар бір чипте жарықты өңдеудің жаңа мүмкіндіктерін жүзеге асыру үшін пайдалануға бағытталған.