Oscilador láser de rejilla de prismas múltiples

Dispositivo óptico

Los osciladores láser de rejilla de prismas múltiples , ^[1] u osciladores láser MPG , utilizan la expansión del haz de prismas múltiples para iluminar una rejilla de difracción montada en configuración Littrow o configuración de incidencia rasante. Originalmente, estos osciladores dispersivos ajustables de ancho de línea estrecho se introdujeron como osciladores de rejilla de prismas múltiples Littrow (MPL), ^{[2] o} cavidades de rejilla híbridas de prismas múltiples de incidencia rasante cercana (HMPGI) , ^{[3] [4]} en láseres de colorante orgánico . Sin embargo, estos diseños se adoptaron rápidamente para otros tipos de láseres, como láseres de gas , ^{[5] [6]} láseres de diodo , ^{[7] [8]} y, más recientemente, láseres de fibra . ^[9]

Oscilador láser sintonizable con ancho de línea estrecho y rejilla de prismas múltiples. ^[10] La rejilla de este oscilador en particular se implementa en configuración Littrow.

Excitación

Los osciladores láser de rejilla de prismas múltiples se pueden excitar eléctricamente, como en el caso de los láseres de gas y los láseres semiconductores, ^[11] u ópticamente, como en el caso de los láseres cristalinos y los láseres de colorante orgánico. ^[1] En el caso de la excitación óptica, a menudo es necesario hacer coincidir la polarización del láser de excitación con la preferencia de polarización del oscilador de rejilla de prismas múltiples. ^[1] Esto se puede hacer utilizando un rotador de polarización, mejorando así la eficiencia de conversión del láser. ^[11]

Rendimiento del ancho de línea

La teoría de dispersión de prismas múltiples se aplica para diseñar estos expansores de haz, ya sea en configuración aditiva, sumando o restando así su dispersión a la dispersión de la rejilla, o en configuración compensatoria (lo que produce una dispersión cero en una longitud de onda de diseño), lo que permite que la rejilla de difracción controle las características de ajuste de la cavidad láser. ^{[11] En esas condiciones, es decir, dispersión cero del expansor de haz de prismas múltiples, el} ancho de línea del láser de una sola pasada se da por ^{[1] [11]}

${\displaystyle \Delta \lambda \approx \Delta \theta \left(M{\partial \theta \over \partial \lambda }\right)^{-1}}$

donde es la divergencia del haz y M es la ampliación del haz proporcionada por el expansor de haz que multiplica la dispersión angular proporcionada por la rejilla de difracción. En el caso de expansores de haz de prismas múltiples, este factor puede ser tan alto como 100-200. ^{[1] [11]} ${\displaystyle \Delta \theta }$

Cuando la dispersión del expansor de prismas múltiples no es igual a cero, entonces el ancho de línea de un solo paso se da por ^{[1] [11]}

${\displaystyle \Delta \lambda \approx \Delta \theta \left(M{\partial \theta \over \partial \lambda }+{\partial \phi _{2,m} \over \partial \lambda }\right)^{-1}}$

donde el primer diferencial se refiere a la dispersión angular de la rejilla y el segundo diferencial se refiere a la dispersión general del expansor de haz de prismas múltiples . ^{[1] [11]}

Duarte ha demostrado que los osciladores láser de rejilla de prismas múltiples de estado sólido optimizados generan una emisión pulsada de modo longitudinal único limitada solo por el principio de incertidumbre de Heisenberg . ^[12] El ancho de línea del láser en estos experimentos se informa como ≈ 350 MHz (o ≈ 0,0004 nm a 590 nm) en pulsos de ~ 3 ns de ancho, a niveles de potencia en el régimen kW. ^[12] ${\displaystyle \Delta \nu }$ ${\displaystyle \Delta \lambda }$

Aplicaciones

Las aplicaciones de estos láseres ajustables de ancho de línea estrecho incluyen:

• Espectroscopia Raman anti-Stokes coherente y diagnóstico de combustión ^[13]
• LIDAR ^[14]
• Espectroscopia láser ^{[15] [16]}
• Separación de isótopos mediante láser de vapor atómico ^{[17] [18]}

Véase también

• Láseres de colorante
• Láseres de colorante de estado sólido
• Cavidad láser
• Ancho de línea del láser
• Teoría de dispersión de prismas múltiples
• Rotador de polarización
• Láseres sintonizables

Referencias

1. FJ Duarte , Osciladores de láser colorante pulsados ​​de ancho de línea estrecho, en Dye Laser Principles (Academic, Nueva York, 1990) Capítulo 4.
2. FJ Duarte y JA Piper, Un expansor de haz de doble prisma para láseres de colorante pulsados, Opt. Commun. 35 , 100-104 (1980).
3. FJ Duarte y JA Piper, Un láser colorante pulsado de incidencia rasante con prisma preexpandido, Appl. Opt. 20 , 2113-2116 (1981).
4. FJ Duarte y JA Piper, Osciladores de láser colorante bombeados por láser de cobre con ancho de línea estrecho y alta frecuencia de pulso, Appl. Opt. 23 , 1391-1394 (1984).
5. ₂ pulsados ​​de incidencia rasante y de prismas múltiples , Appl. Opt. 24 , 1244-1245 (1985).
6. RC Sze y DG Harris, Láseres excimer sintonizables, en Tunable Lasers Handbook , FJ Duarte (Ed.) (Academic, Nueva York, 1995) Capítulo 3.
7. P. Zorabedian, Características de un láser semiconductor de cavidad externa con rejilla que contiene expansores de haz de prisma intracavitario, J. Lightwave Tech. 10 , 330–335 (1992).
8. P. Zorabedian, Láseres semiconductores de cavidad externa sintonizables, en Tunable Lasers Handbook , FJ Duarte (Ed.) (Academic, Nueva York, 1995) Capítulo 8.
9. TM Shay y FJ Duarte, en Tunable Laser Applications , 2.ª ed., FJ Duarte (Ed.) (CRC, Nueva York, 2009) Capítulo 9.
10. FJ Duarte, TS Taylor, A. Costela, I. Garcia-Moreno y R. Sastre, Oscilador de láser colorante de estado sólido disperso de ancho de línea estrecho y pulso largo, Appl. Opt. 37 , 3987–3989 (1998).
11. FJ Duarte, Óptica láser sintonizable, 2.ª ed. (CRC, Nueva York, 2015).
12. FJ Duarte, Oscilador láser colorante de estado sólido con rejilla de prismas múltiples: arquitectura optimizada, Appl. Opt. 38 , 6347-6349 (1999).
13. RJ Hall y AC Eckbreth, Espectroscopia Raman anti-Stokes coherente : aplicaciones al diagnóstico de combustión, en Laser Applications (Academic, Nueva York, 1984) págs. 213-309.
14. WB Grant, Lidar para estudios atmosféricos e hidrosféricos, en Tunable Laser Applications , 1.ª ed. (Marcel-Dekker, Nueva York, 1995), Capítulo 7.
15. W. Demtröder , Laserspektroscopie: Grundlagen und Techniken , 5ª ed. (Springer, Berlín, 2007).
16. W. Demtröder, Espectroscopia láser: principios básicos , 4.ª ed. (Springer, Berlín, 2008).
17. S. Singh, K. Dasgupta, S. Kumar, KG Manohar, LG Nair, UK Chatterjee, Láser colorante bombeado por vapor con tapadora de alta potencia y alta tasa de repetición, Opt. Eng. 33 , 1894-1904 (1994).
18. A. Sugiyama, T. Nakayama, M. Kato, Y. Maruyama, T. Arisawa, Características de un oscilador láser colorante monomodo sintonizado por presión bombeado por un oscilador de vapor de cobre, Opt. Eng. 35 , 1093-1097 (1996).

Enlaces externos

• Diagramas de osciladores láser MPG