आज हम एक अत्यंत संकीर्ण रेखा चौड़ाई वाले "मोनोक्रोमैटिक" लेजर का परिचय देंगे। इसके उद्भव ने लेजर के कई अनुप्रयोग क्षेत्रों में मौजूद कमियों को पूरा किया है, और हाल के वर्षों में गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने, LiDAR, वितरित संवेदन, उच्च गति सुसंगत ऑप्टिकल संचार और अन्य क्षेत्रों में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया गया है, जो एक ऐसा "मिशन" है जिसे केवल लेजर शक्ति में सुधार करके पूरा नहीं किया जा सकता है।
नैरो लाइनविड्थ लेजर क्या होता है?
"लाइन चौड़ाई" शब्द आवृत्ति डोमेन में लेज़र की स्पेक्ट्रल लाइन चौड़ाई को संदर्भित करता है, जिसे आमतौर पर स्पेक्ट्रम की अर्ध-शिखर पूर्ण चौड़ाई (FWHM) के रूप में मापा जाता है। लाइन चौड़ाई मुख्य रूप से उत्तेजित परमाणुओं या आयनों के स्वतः विकिरण, चरण शोर, अनुनादक के यांत्रिक कंपन, तापमान में उतार-चढ़ाव और अन्य बाहरी कारकों से प्रभावित होती है। लाइन चौड़ाई का मान जितना कम होगा, स्पेक्ट्रम की शुद्धता उतनी ही अधिक होगी, यानी लेज़र की एकरंगता उतनी ही बेहतर होगी। ऐसे गुणों वाले लेज़रों में आमतौर पर बहुत कम चरण या आवृत्ति शोर और बहुत कम सापेक्ष तीव्रता शोर होता है। साथ ही, लेज़र की रैखिक चौड़ाई का मान जितना कम होगा, उसकी संगत सुसंगति उतनी ही अधिक होगी, जो एक अत्यंत लंबी सुसंगति लंबाई के रूप में प्रकट होती है।
संकीर्ण लाइनविड्थ लेजर की प्राप्ति और अनुप्रयोग
लेजर के कार्यकारी पदार्थ की अंतर्निहित लाभ रेखा चौड़ाई से सीमित होने के कारण, पारंपरिक दोलक पर निर्भर रहकर संकीर्ण रेखा चौड़ाई वाले लेजर का आउटपुट सीधे प्राप्त करना लगभग असंभव है। संकीर्ण रेखा चौड़ाई वाले लेजर के संचालन को साकार करने के लिए, लाभ स्पेक्ट्रम में अनुदैर्ध्य मापांक को सीमित या चयनित करने, अनुदैर्ध्य मोड के बीच शुद्ध लाभ अंतर को बढ़ाने के लिए फ़िल्टर, ग्रेटिंग और अन्य उपकरणों का उपयोग करना आवश्यक होता है, ताकि लेजर अनुनादक में कुछ या केवल एक ही अनुदैर्ध्य मोड दोलन हो। इस प्रक्रिया में, लेजर आउटपुट पर शोर के प्रभाव को नियंत्रित करना और बाहरी वातावरण के कंपन और तापमान परिवर्तन के कारण होने वाली स्पेक्ट्रल रेखाओं के फैलाव को कम करना अक्सर आवश्यक होता है; साथ ही, चरण या आवृत्ति शोर स्पेक्ट्रल घनत्व के विश्लेषण के साथ इसे संयोजित करके शोर के स्रोत को समझा जा सकता है और लेजर के डिज़ाइन को अनुकूलित किया जा सकता है, ताकि संकीर्ण रेखा चौड़ाई वाले लेजर का स्थिर आउटपुट प्राप्त किया जा सके।
आइए विभिन्न श्रेणियों के लेज़रों के संकीर्ण लाइनविड्थ संचालन की प्राप्ति पर एक नज़र डालें।
सेमीकंडक्टर लेजर के कई फायदे हैं, जैसे कि छोटा आकार, उच्च दक्षता, लंबा जीवनकाल और आर्थिक लाभ।
पारंपरिक में प्रयुक्त फैब्री-पेरोट (एफपी) ऑप्टिकल रेज़ोनेटरसेमीकंडक्टर लेजरयह आम तौर पर बहु-अनुदैर्ध्य मोड में दोलन करता है, और आउटपुट लाइन की चौड़ाई अपेक्षाकृत अधिक होती है, इसलिए संकीर्ण लाइन चौड़ाई का आउटपुट प्राप्त करने के लिए ऑप्टिकल फीडबैक को बढ़ाना आवश्यक है।
डिस्ट्रिब्यूटेड फीडबैक (DFB) और डिस्ट्रिब्यूटेड ब्रैग रिफ्लेक्शन (DBR) दो विशिष्ट आंतरिक ऑप्टिकल फीडबैक सेमीकंडक्टर लेजर हैं। छोटे ग्रेटिंग पिच और अच्छी तरंगदैर्ध्य चयनात्मकता के कारण, स्थिर एकल-आवृत्ति संकीर्ण लाइनविड्थ आउटपुट प्राप्त करना आसान है। दोनों संरचनाओं के बीच मुख्य अंतर ग्रेटिंग की स्थिति है: DFB संरचना आमतौर पर ब्रैग ग्रेटिंग की आवधिक संरचना को पूरे रेज़ोनेटर में वितरित करती है, जबकि DBR का रेज़ोनेटर आमतौर पर परावर्तन ग्रेटिंग संरचना और अंतिम सतह में एकीकृत लाभ क्षेत्र से बना होता है। इसके अलावा, DFB लेजर कम अपवर्तक सूचकांक कंट्रास्ट और कम परावर्तकता वाले एम्बेडेड ग्रेटिंग का उपयोग करते हैं। DBR लेजर उच्च अपवर्तक सूचकांक कंट्रास्ट और उच्च परावर्तकता वाले सतह ग्रेटिंग का उपयोग करते हैं। दोनों संरचनाओं में एक विस्तृत मुक्त स्पेक्ट्रल रेंज होती है और कुछ नैनोमीटर की रेंज में मोड जंप के बिना तरंगदैर्ध्य ट्यूनिंग कर सकती हैं, जहां DBR लेजर की ट्यूनिंग रेंज DBR की तुलना में अधिक व्यापक होती है।डीएफबी लेजरइसके अतिरिक्त, बाह्य गुहा ऑप्टिकल फीडबैक तकनीक, जो अर्धचालक लेजर चिप के बहिर्गामी प्रकाश को फीडबैक करने और आवृत्ति का चयन करने के लिए बाह्य ऑप्टिकल तत्वों का उपयोग करती है, अर्धचालक लेजर के संकीर्ण लाइनविड्थ संचालन को भी साकार कर सकती है।
(2) फाइबर लेजर
फाइबर लेजर में उच्च पंप रूपांतरण दक्षता, अच्छी बीम गुणवत्ता और उच्च युग्मन दक्षता होती है, जो लेजर क्षेत्र में अनुसंधान के प्रमुख विषय हैं। सूचना युग के संदर्भ में, फाइबर लेजर बाजार में उपलब्ध ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणालियों के साथ अच्छी तरह से संगत हैं। संकीर्ण लाइन चौड़ाई, कम शोर और अच्छी सुसंगतता के लाभों के साथ एकल-आवृत्ति फाइबर लेजर इसके विकास की महत्वपूर्ण दिशाओं में से एक बन गया है।
संकीर्ण लाइन-चौड़ाई आउटपुट प्राप्त करने के लिए फाइबर लेजर का मूल आधार एकल अनुदैर्ध्य मोड संचालन है। आमतौर पर, एकल आवृत्ति फाइबर लेजर के अनुनादक की संरचना के अनुसार इसे डीएफबी प्रकार, डीबीआर प्रकार और रिंग प्रकार में विभाजित किया जा सकता है। इनमें से, डीएफबी और डीबीआर एकल आवृत्ति फाइबर लेजर का कार्य सिद्धांत डीएफबी और डीबीआर अर्धचालक लेजर के समान है।
चित्र 1 में दर्शाए अनुसार, डीएफबी फाइबर लेजर में फाइबर के भीतर डिस्ट्रीब्यूटेड ब्रैग ग्रेटिंग को उकेरा जाता है। चूंकि ऑसिलेटर की कार्यशील तरंगदैर्ध्य फाइबर आवर्तकाल से प्रभावित होती है, इसलिए ग्रेटिंग के डिस्ट्रीब्यूटेड फीडबैक के माध्यम से अनुदैर्ध्य मोड का चयन किया जा सकता है। डीबीआर लेजर का लेजर रेजोनेटर आमतौर पर फाइबर ब्रैग ग्रेटिंग की एक जोड़ी से बनता है, और एकल अनुदैर्ध्य मोड का चयन मुख्य रूप से संकीर्ण बैंड और कम परावर्तनशीलता वाले फाइबर ब्रैग ग्रेटिंग द्वारा किया जाता है। हालांकि, इसके लंबे रेजोनेटर, जटिल संरचना और प्रभावी आवृत्ति विभेदन तंत्र की कमी के कारण, वलय के आकार की गुहा मोड हॉपिंग के प्रति संवेदनशील होती है, और लंबे समय तक स्थिर अनुदैर्ध्य मोड में स्थिर रूप से कार्य करना मुश्किल होता है।
चित्र 1, एकल आवृत्ति की दो विशिष्ट रैखिक संरचनाएंफाइबर लेजर
पोस्ट करने का समय: 27 नवंबर 2023