Optisk kommunikation i deep space - Steen Eiler Jørgensen

52 Lasere
elektronerne op til det øverste niveau igen. Det er ikke muligt at fremstille en
laser, der kun opererer med to energiniveauer – i praksis findes der kun tre- og
fire-niveau-lasere.
6.1.2 Pumpen
Pumpen skal være i stand til at excitere elektronerne op fra det nederste niveau
til det øverste. En laser kan pumpes optisk, vha. en blitzlampe eller en anden
laser, elektrisk, vha. en elektrisk udladning eller en stråle af elektroner eller
ioner, eller ved injektion af elektroner og huller i en halvlederlaser. ([35], s.
468) De første rubinlasere anvendte blitzlamper til optisk pumpning, og har
været anvendt i mange år. Man er dog senere begyndt at pumpe i hvert fald
faststoflasere vha. laserdioder, hvilket gør det muligt at tilpasse energien af
pumpefotonerne meget nøjagtigt til mediet, hvilket minimerer tab, bl.a. i form
af varme. Det er ikke muligt at pumpe en laser termisk.
6.1.3 Resonatoren
Resonatoren udformes oftest som to hulspejle (symmetrisk hulspejlsresonator)
eller et hulspejl og et plant spejl (plano-konkav resonator), hvor det ene spejl
har en refleksionskoefficient R = 1, og det andet spejl har f.eks. R = 0,99 og
dermed en transmissionskoefficient på T = 0,01. Laserstrålen kommer da ud af
resonatoren ved spejlet med T = 0. 1
Afhængigt af resonatorens udformning er det muligt for en eller flere “modes”
at være i resonans. Man skelner mellem longitudinale og transversale modes.
Longitudinale modes er forskellige bølgelængder. Transversale modes er forskellige
intensitetsfordelinger på tværs af strålen. Den fundamentale, transversale
mode, TEM00, giver en gaussisk intensitetsfordeling på tværs af strålen på begge
akser. TEM01 og TEM10 giver begge en intensitetsfordeling, der er nul i centrum
af strålen, men som har maksimum i to ovale områder på hver side af centrum.
Intensitetsfordelingerne ved alle modes af højere orden end TEM00 beskrives af
Hermite-Gauss-funktionen. ([35], s. 103)
6.2 Typer af lasere
I dag er der mange forskellige typer af lasere; nogle af disse fremgår af tabel 6.1.
Af disse er primært faststoflaserne og halvlederlaserne interessante i forbindelse
med optisk kommunikation i rummet. Halvlederlaserne fordi de er meget små og
lette, har en høj effektivitet og er pålidelige. ([21] s. 68) Halvlederlasere anvendes
også i vid udstrækning i kommerciel, optisk fiberkommunikation, og er således
i kommercielt udbud i stort udvalg. Til fiberkommunikation er halvlederlasere
velegnede, da modulation af laserlyset sker ved direkte modulation af den strøm,
der driver laseren. Faststoflaseren fylder og vejer mere end halvlederlaseren, og
anvendes derfor heller ikke inden for jordbaseret optisk kommunikation i større
udstrækning.
1 Antages absorptionen i spejlene A = 0 gælder, at R + T = 1.