مترجم: احمد رازیانی
منبع:راسخون
منبع:راسخون
لیزرهای تاری
تا همین اواخر، عبارت اجزای سیستم فیبر نوری به معنای جفت کننده‌های تاری جوش خورده، تقسیم کننده‌ها، مخلوط کننده‌ها، ساختارهای فابری – پروی تاری، کنترل کننده‌های قطبش و غیره بودند. اکثر این دستگاه‌ها در بازار موجودند. این کشف که نور فرابنفش جذب شده در قسمت مرکزی ژرمانیم آلاییده تار سیلیکا (تار انتقالی معمولی)، باعث تغییر ضریب شکست شیشه می‌شود، خانواده جدیدی از دستگاه‌های تاری غیر فعال را ممکن کرد. هنوز هم جزئیات میکروسکوپی سازوکارهای دخیل در این پدیده مشخص نشده است. گرچه می‌دانیم که مراکز نقص ژرمانیم نقش مهمی بازی می‌کنند. این اثر از اهمیت کاربردی زیادی برخوردار است زیرا تغییر ضریب شکست بزرگ (∆n≥〖10〗^(-2)) و تا حد زیادی دائمی است. با تاباندن باریکه‌های لیزر اکسیمر، با طول موج nm275، به پهلوی تار، به طوری که باریکه‌ها با یکدیگر تداخل کنند، می‌توان این توری فازی را مستقیماً در قسمت مرکزی تار نشاند. از چنین توری پراشی می‌توان برای اصلاح انتشار نوری با طول موج معین تار استفاده کرد.
امروزه چندین ابزار جالب بر اساس صافی‌های بر اساس توری و بازتابنده‌های بر اساس توری ساخته شده‌اند. یکی از ابزارهای به ویژه مهم برای ارتباطات، لیزر تاری است. این ابزار شامل قطعه کوتاهی از تقویت کننده تاری اربیم آلاییده با دوتوری بازتابنده برای ساخت تشدیدگر است. پژوهشگران لیزرهای تک مد پایداری ساخته‌اند که در نزدیکی μm53ر1 کار می‌کنند و طولشان تقریباً cm2 است. از آنجا که توری‌ها طول موج دمنده لیزر (μm98ر0 یا μm48ر1) را عبور می‌دهند، همان لیزر نیمرسانا می‌تواند لیزر تاری و تقویت کننده تاری به دنبال آن تغذیه کند تا خروجیی با توان زیاد به دست آید. این لیزرها را بر خلاف چشمه‌های لیزری نیمرسانا، نمی‌توان مستقیماً مدوله کرد، بنابراین مدوله کننده‌های بیرونی LiNbO3 لازم است. با این حال، دقت تنظیم طول موج در این لیزرها، و کمتر بودن حساسیت آن‌ها نسبت به دما، این لیزرها را نماینده‌های جذابی برای ارتباطات کرده است؛ این در صورتی است که آن‌ها شرایط لازم برای کارکرد مطمئن طولانی مدت را برآورند. حوزه لیزرهای تاری، هم اکنون در چارچوب کلی‌تری هم در حال رشد سریع است. از جمله موفقیت‌هایی که اخیراً به دست آمده‌اند عبارت‌اند از:
لیزرهای تاری که تا 5 وات توان در μm06ر1 می‌گسیلند و با آرایه لیزرهای دیودی GaAs دمیده می‌شوند.
لیزرهای حلقه‌ای فیبری با قفل شدگی مدی در μm55ر1 برای چشمه‌های سولیتون.
لیزرهای بسامد افزا (براساس تارهای فلوئوریدی) که نور لیزر فروسرخ را با بازدهی خوب به نور در گستره قرمز، آبی، و سبز تبدیل می‌کنند. این تبدیل برای حافظه‌های نوری و نیز برای نمایش دهنده‌ها به کار می‌رود.
همه این لیزرها تاری براساس طیف نگاری یون‌ها خاکی‌های نادرند، که حدود دو تا سه دهه قبل به مقیاس وسیعی مطالعه شدند. نگرشی به این پژوهش‌ها نشان می‌دهد که ساخت چشمه‌های تاریی برای همه گستره مرئی و فروسرخ نزدیک ممکن است. با استفاده از چند آلاینده، و با استفاده از انتقال انتخابی انرژی، انعطاف قابل ملاحظه‌ای در تولید طول موج دمنده به دست می‌آید. و با استفاده از ساختارهای تاری متفاوت، این امکان وجود دارد که باریکه‌های با کیفیت پایین حاصل از چشمه‌های دمنده را، به لیزرهایی تبدیل کرد که طیفی با کیفیت عالی دارند. از آنجا که این ابزارها ساده‌اند، تحول سریعی در این رشته قابل انتظار است.
همه کار با تار؟
پژوهش‌هایی به مدت چند سال باعث شده است نقش تار از حامل غیرفعال نور به نقش‌های دیگری، که سابقاً در حیطه کار ابزارهای نیمرسانایی مانند تقویت کننده و لیزر بود، تغییر پیدا کند. همه آنچه بدان نیازمندیم تا یک سیستم ارتباطاتی کاملاً تاری داشته باشیم، کلیدهای تاری، مدوله کننده‌های تاری، و جداکننده‌های تاری است. سر نمونه‌های کلیدهای بر اساس خواص غیر حطی تارها هنوز در مراحل ابتدایی پژوهش است. گزارش‌های اخیر در مورد اثرات الکترونوری در شیشه سیلیکا موجب افزایش خوش بینی برای ساخت مدوله کننده‌های تاری شده است. تارهایی که به طور مناسبی با یون‌های مغناطیسی آلاییده شده‌اند، ممکن است جدا کننده‌هایی به دست دهند که کاربرد عملی داشته باشد. این در صورتی است که مسائل مربوط به خاصیت دوشکستی تار حل شود.
فن‌آوری تار نوری و تحولی که این فن‌آوری در ارتباطات به وجود آورده است، حاصل دانش بنیادیی است که در طول چندین دهه به دست آمده است: علم شیشه به نوبه خود در طول قرون تحول یافته است. انتشار امواج نوری تار با مکسول شروع می‌شود. ارتباطات به وسیله نور به الکساندر گراهام بل بر می‌گردد. مفاهیم حالت‌های مقید و مدهای مقید ریشه در مکانیک کوانتومی و اثر اینشتین در مورد گسیل القایی دارند. در اکثر این موارد، انگیزه کار تحقیقاتی دانش بنیادی بوده است.
با رشد زمینه تار نوری، تکنولوژی چالش‌های تازه‌ای پیش پای نظریه و آزمایش گذارده است: پیش بینی نظری وجود ترکیبات تازه شیشه‌ای با پراکندگی کم راه را به سوی شیشه‌هایی با اتلافی که نهایتاً از اتلاف شیشه‌های سیلیکا نیز کمتر خواهد بود نشان داده است. ماهیت کاتوره‌ای ساختار شیشه باعث می‌شود ابزارهای طیف سنجی معمول، که خواص بسیاری از رفتار مواد بلورین را روشن کرده‌اند، نتایجی به دست دهند که تعبیر آن‌ها بسیار دشوار است. در واقع، حتی مفهومی مثل نقص ساختاری هم در مورد شیشه کاملاً تعریف شده نیست، و درک کنونی خواص نقص سیلیکا به طور عمده بر اساس مطالعات تجربی است. پژوهش در مورد مدل سازی مولکولی و شیمی کوانتومی درک عمیق‌تری از ساختارهای شیشه‌های شبکه‌ای، مثل سیلیکا، و ساختار الکترونی نقص به دست می‌دهد. مطالعه در مورد خواص غیر خطی انتشار نور در تار به مفاهیم تازه‌ای برای ابزارها و سیستم‌ها و نیز به درک محدودیت‌های دستگاه‌های تار نوری می‌انجامد. رشته طیف سنجی خاکی‌های نادر، با نیازی که برای ابزارهای تاری نوین به وجود آمده است روح تازه‌ای گرفته است. کششی که فن‌آوری این زمینه‌های فیزیکی دارد بسیار زیاد است، و درک بنیادی عمیق‌تر به احتمال بسیار در بهبود فن‌آوری پر ثمر خواهد بود. هنوز از محدودیت‌های نهایی ارتباطات تاری فاصله داریم و برای بهترین به کارگیری پهنای نوار تار به مفاهیم تازه‌ای نیازمندیم. ارتباطات با تار نوری عامل محرک تحول در فوتونیک است، بینشی که مسلماً فراتر از تخیل بنیانگذاران این علم بود.
