Laser Raman - Raman laser
Um laser Raman é um tipo específico de laser no qual o mecanismo fundamental de amplificação da luz é o espalhamento Raman estimulado . Em contraste, a maioria dos lasers "convencionais" (como o laser de rubi ) dependem de transições eletrônicas estimuladas para amplificar a luz.
Propriedades específicas dos lasers Raman
Flexibilidade espectral
Os lasers Raman são bombeados opticamente . No entanto, esse bombeamento não produz uma inversão de população como nos lasers convencionais. Em vez disso, os fótons da bomba são absorvidos e "imediatamente" reemitidos como fótons de luz laser de baixa frequência (fótons "Stokes") por espalhamento Raman estimulado . A diferença entre as duas energias de fótons é fixa e corresponde a uma frequência vibracional do meio de ganho. Isso torna possível, em princípio, produzir comprimentos de onda de saída de laser arbitrários escolhendo o comprimento de onda do laser de bomba de forma apropriada. Isso contrasta com os lasers convencionais, nos quais os possíveis comprimentos de onda de saída do laser são determinados pelas linhas de emissão do material de ganho.
Em fibras ópticas feitas de sílica , por exemplo, a mudança de frequência correspondente ao maior ganho Raman é de cerca de 13,2 THz. No infravermelho próximo , isso corresponde a uma separação do comprimento de onda entre a luz da bomba e a luz de saída do laser de cerca de 100 nm.
Tipos de lasers Raman
O primeiro laser Raman, realizado em 1962, por Gisela Eckhardt e EJ Woodbury usava nitrobenzeno como meio de ganho, que era bombeado dentro da cavidade dentro de um laser de rubi Q-switching . Vários outros meios de ganho podem ser usados para construir lasers Raman:
Lasers de fibra Raman
O primeiro laser Raman de onda contínua usando uma fibra óptica como meio de ganho foi demonstrado em 1976. Em lasers baseados em fibra, o confinamento espacial da luz da bomba é mantido em distâncias relativamente grandes. Isso reduz significativamente os limites de potência da bomba para níveis práticos e, além disso, permite a operação em onda contínua.
Em 1988, o primeiro laser de fibra Raman baseado em grades de fibra Bragg foi feito. As grades de fibra de Bragg são refletores de banda estreita e atuam como espelhos da cavidade do laser. Eles são inscritos diretamente no núcleo da fibra óptica usada como meio de ganho, o que elimina perdas substanciais que anteriormente surgiam devido ao acoplamento da fibra a refletores de cavidade óptica externa.
Hoje em dia, os lasers Raman baseados em fibra disponíveis comercialmente podem fornecer potências de saída na faixa de algumas dezenas de Watts em operação de onda contínua. Uma técnica comumente empregada nesses dispositivos é a cascata , proposta pela primeira vez em 1994: A luz laser de "primeira ordem" que é gerada a partir da luz da bomba em uma única etapa de mudança de frequência permanece presa no ressonador laser e é empurrada para tal níveis de alta potência que atua como uma bomba para a geração de luz laser de "segunda ordem" que é deslocada pela mesma frequência vibracional novamente. Desta forma, um único ressonador de laser é usado para converter a luz da bomba (normalmente em torno de 1060 nm) por meio de várias etapas discretas para um comprimento de onda de saída desejado "arbitrário".
Lasers de silício Raman
Mais recentemente, o lasing Raman foi demonstrado em guias de ondas ópticas integradas à base de silício pelo grupo de Bahram Jalali na Universidade da Califórnia em Los Angeles em 2004 (operação pulsada) e pela Intel em 2005 (onda contínua), respectivamente. Esses desenvolvimentos receberam muita atenção porque foi a primeira vez que um laser foi realizado em silício: o lasing "clássico" baseado em transições eletrônicas é proibido no silício cristalino devido ao seu bandgap indireto. Fontes de luz baseadas em silício práticas seriam muito interessantes para o campo da fotônica de silício , que busca explorar o silício não apenas para a realização de eletrônicos, mas também para novas funcionalidades de processamento de luz no mesmo chip.