आज, हम एक "मोनोक्रोमैटिक" लेज़र से परिचय कराएँगे - संकीर्ण लाइनविड्थ लेज़र। इसका उद्भव लेज़र के कई अनुप्रयोग क्षेत्रों में अंतराल को भरता है, और हाल के वर्षों में इसका व्यापक रूप से गुरुत्वाकर्षण तरंग संसूचन, लिडार, वितरित संवेदन, उच्च गति सुसंगत प्रकाशीय संचार और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया गया है। यह एक ऐसा "मिशन" है जिसे केवल लेज़र शक्ति में सुधार करके पूरा नहीं किया जा सकता।
संकीर्ण लाइनविड्थ लेजर क्या है?
"लाइन चौड़ाई" शब्द आवृत्ति डोमेन में लेज़र की वर्णक्रमीय रेखा चौड़ाई को संदर्भित करता है, जिसे आमतौर पर स्पेक्ट्रम की अर्ध-शिखर पूर्ण चौड़ाई (FWHM) के रूप में परिमाणित किया जाता है। रेखा चौड़ाई मुख्य रूप से उत्तेजित परमाणुओं या आयनों के स्वतःस्फूर्त विकिरण, कला शोर, अनुनादक के यांत्रिक कंपन, तापमान कंपन और अन्य बाह्य कारकों से प्रभावित होती है। रेखा चौड़ाई का मान जितना छोटा होगा, स्पेक्ट्रम की शुद्धता उतनी ही अधिक होगी, अर्थात लेज़र की एकवर्णकता उतनी ही बेहतर होगी। ऐसी विशेषताओं वाले लेज़रों में आमतौर पर बहुत कम कला या आवृत्ति शोर और बहुत कम सापेक्ष तीव्रता शोर होता है। साथ ही, लेज़र की रैखिक चौड़ाई का मान जितना छोटा होगा, संगत सुसंगतता उतनी ही मजबूत होगी, जो एक अत्यंत लंबी सुसंगतता लंबाई के रूप में प्रकट होती है।
संकीर्ण लाइनविड्थ लेज़र का निर्माण और अनुप्रयोग
लेज़र के कार्यशील पदार्थ की अंतर्निहित लाभ रेखा-चौड़ाई द्वारा सीमित, पारंपरिक दोलक पर निर्भर होकर संकीर्ण रेखा-चौड़ाई वाले लेज़र के आउटपुट को सीधे प्राप्त करना लगभग असंभव है। संकीर्ण रेखा-चौड़ाई वाले लेज़र के संचालन को प्राप्त करने के लिए, आमतौर पर लाभ स्पेक्ट्रम में अनुदैर्ध्य मापांक को सीमित या चयनित करने के लिए फ़िल्टर, ग्रेटिंग और अन्य उपकरणों का उपयोग करना आवश्यक होता है, ताकि अनुदैर्ध्य मोडों के बीच शुद्ध लाभ अंतर को बढ़ाया जा सके, ताकि लेज़र अनुनादक में कुछ या केवल एक अनुदैर्ध्य मोड दोलन हो। इस प्रक्रिया में, लेज़र आउटपुट पर शोर के प्रभाव को नियंत्रित करना और बाहरी वातावरण के कंपन और तापमान परिवर्तनों के कारण वर्णक्रमीय रेखाओं के चौड़ीकरण को कम करना अक्सर आवश्यक होता है; साथ ही, इसे चरण या आवृत्ति शोर वर्णक्रमीय घनत्व के विश्लेषण के साथ जोड़कर शोर के स्रोत को भी समझा जा सकता है और लेज़र के डिज़ाइन को अनुकूलित किया जा सकता है, ताकि संकीर्ण रेखा-चौड़ाई वाले लेज़र का स्थिर आउटपुट प्राप्त किया जा सके।
आइए, विभिन्न श्रेणियों के लेज़रों के संकीर्ण लाइनविड्थ प्रचालन की प्राप्ति पर एक नज़र डालें।
अर्धचालक लेजर के फायदे हैं - छोटा आकार, उच्च दक्षता, लंबा जीवन और आर्थिक लाभ।
पारंपरिक रूप से प्रयुक्त फैब्री-पेरोट (एफपी) ऑप्टिकल रेज़ोनेटरअर्धचालक लेज़रोंआम तौर पर बहु-अनुदैर्ध्य मोड में दोलन होता है, और आउटपुट लाइन की चौड़ाई अपेक्षाकृत व्यापक होती है, इसलिए संकीर्ण लाइन चौड़ाई का आउटपुट प्राप्त करने के लिए ऑप्टिकल फीडबैक को बढ़ाना आवश्यक है।
वितरित फीडबैक (DFB) और वितरित ब्रैग रिफ्लेक्शन (DBR) दो विशिष्ट आंतरिक ऑप्टिकल फीडबैक अर्धचालक लेज़र 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 आवर्त संरचना को पूरे अनुनादक में वितरित करती है, और DBR का अनुनादक आमतौर पर परावर्तन ग्रेटिंग संरचना और अंतिम सतह में एकीकृत लाभ क्षेत्र से बना होता है। इसके अलावा, DFB लेज़र कम अपवर्तनांक कंट्रास्ट और कम परावर्तकता वाले एम्बेडेड ग्रेटिंग का उपयोग करते हैं। DBR लेज़र उच्च अपवर्तनांक कंट्रास्ट और उच्च परावर्तकता वाले सतह ग्रेटिंग का उपयोग करते हैं। दोनों संरचनाओं में एक बड़ी मुक्त वर्णक्रमीय सीमा होती है और कुछ नैनोमीटर की सीमा में मोड जंप के बिना तरंगदैर्ध्य ट्यूनिंग कर सकती हैं, जहाँ DBR लेज़र की ट्यूनिंग सीमा अन्य लेज़र की तुलना में अधिक व्यापक होती है।डीएफबी लेजरइसके अलावा, बाहरी गुहा ऑप्टिकल फीडबैक तकनीक, जो अर्धचालक लेजर चिप के आउटगोइंग प्रकाश को फीडबैक करने और आवृत्ति का चयन करने के लिए बाहरी ऑप्टिकल तत्वों का उपयोग करती है, अर्धचालक लेजर के संकीर्ण लाइनविड्थ ऑपरेशन को भी महसूस कर सकती है।
(2) फाइबर लेज़र
फाइबर लेज़रों में उच्च पंप रूपांतरण दक्षता, अच्छी बीम गुणवत्ता और उच्च युग्मन दक्षता होती है, जो लेज़र क्षेत्र में शोध के प्रमुख विषय हैं। सूचना युग के संदर्भ में, फाइबर लेज़रों की बाज़ार में मौजूदा ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणालियों के साथ अच्छी संगतता है। संकीर्ण रेखा चौड़ाई, कम शोर और अच्छी सुसंगतता के लाभों के साथ एकल-आवृत्ति फाइबर लेज़र इसके विकास की महत्वपूर्ण दिशाओं में से एक बन गया है।
एकल-अनुदैर्ध्य मोड संचालन, संकीर्ण रेखा-चौड़ाई आउटपुट प्राप्त करने के लिए फाइबर लेज़र का मूल है। आमतौर पर, एकल-आवृत्ति फाइबर लेज़र के अनुनादक की संरचना के अनुसार, इसे DFB प्रकार, DBR प्रकार और रिंग प्रकार में विभाजित किया जा सकता है। इनमें से, DFB और DBR एकल-आवृत्ति फाइबर लेज़रों का कार्य सिद्धांत DFB और DBR अर्धचालक लेज़रों के समान है।
जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, DFB फाइबर लेज़र का उद्देश्य फाइबर में वितरित ब्रैग ग्रेटिंग लिखना है। चूँकि ऑसिलेटर की कार्यशील तरंगदैर्ध्य फाइबर अवधि से प्रभावित होती है, इसलिए ग्रेटिंग के वितरित फीडबैक के माध्यम से अनुदैर्ध्य मोड का चयन किया जा सकता है। DBR लेज़र का लेज़र रेज़ोनेटर आमतौर पर फाइबर ब्रैग ग्रेटिंग की एक जोड़ी से बनता है, और एकल अनुदैर्ध्य मोड मुख्य रूप से संकीर्ण बैंड और कम परावर्तकता वाले फाइबर ब्रैग ग्रेटिंग द्वारा चुना जाता है। हालाँकि, इसके लंबे रेज़ोनेटर, जटिल संरचना और प्रभावी आवृत्ति विभेदन तंत्र के अभाव के कारण, रिंग के आकार की गुहा मोड हॉपिंग के लिए प्रवण होती है, और लंबे समय तक निरंतर अनुदैर्ध्य मोड में स्थिर रूप से काम करना मुश्किल होता है।
चित्र 1, एकल आवृत्ति की दो विशिष्ट रैखिक संरचनाएँफाइबर लेज़रों
पोस्ट करने का समय: 27 नवंबर 2023