संकीर्ण लाइनविड्थ लेजर प्रौद्योगिकी भाग एक

आज, हम एक "मोनोक्रोमैटिक" लेजर को चरम -संकीर्ण लाइनविड्थ लेजर के लिए पेश करेंगे। इसका उद्भव लेजर के कई अनुप्रयोग क्षेत्रों में अंतराल को भरता है, और हाल के वर्षों में व्यापक रूप से गुरुत्वाकर्षण तरंग का पता लगाने, लिडार, वितरित संवेदन, उच्च गति वाले सुसंगत ऑप्टिकल संचार और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया गया है, जो एक "मिशन" है जो केवल लेजर शक्ति में सुधार करके पूरा नहीं किया जा सकता है।

एक संकीर्ण लाइनविड्थ लेजर क्या है?

शब्द "लाइन चौड़ाई" आवृत्ति डोमेन में लेजर की वर्णक्रमीय रेखा चौड़ाई को संदर्भित करता है, जो आमतौर पर स्पेक्ट्रम (FWHM) की आधी-शिखर पूर्ण चौड़ाई के संदर्भ में निर्धारित किया जाता है। लाइनविडथ मुख्य रूप से उत्साहित परमाणुओं या आयनों के सहज विकिरण, चरण शोर, गुंजयमानों के यांत्रिक कंपन, तापमान घबराना और अन्य बाहरी कारकों से प्रभावित होता है। लाइन चौड़ाई का मूल्य जितना छोटा होगा, स्पेक्ट्रम की शुद्धता उतनी ही अधिक होगी, यानी लेजर की मोनोक्रोमैटिकिटी उतनी ही बेहतर होगी। ऐसी विशेषताओं वाले लेज़रों में आमतौर पर बहुत कम चरण या आवृत्ति शोर होता है और बहुत कम सापेक्ष तीव्रता का शोर होता है। इसी समय, लेजर की रैखिक चौड़ाई मूल्य जितना छोटा होगा, उतना ही मजबूत सुसंगतता, जो एक बहुत लंबी सुसंगत लंबाई के रूप में प्रकट होती है।

संकीर्ण लाइनविड्थ लेजर की प्राप्ति और अनुप्रयोग

लेजर के कामकाजी पदार्थ के अंतर्निहित लाभ लाइनविड्थ द्वारा सीमित, पारंपरिक थरथरानवाला पर भरोसा करके संकीर्ण लाइनविड्थ लेजर के उत्पादन को सीधे महसूस करना लगभग असंभव है। संकीर्ण लाइनविड्थ लेजर के संचालन का एहसास करने के लिए, आमतौर पर लाभ स्पेक्ट्रम में अनुदैर्ध्य मापांक को सीमित करने या चुनने के लिए फ़िल्टर, झंझरी और अन्य उपकरणों का उपयोग करना आवश्यक है, अनुदैर्ध्य मोड के बीच शुद्ध लाभ अंतर को बढ़ाएं, ताकि लेज़र रेज़ोनेटर में कुछ या यहां तक ​​कि केवल एक अनुदैर्ध्य मोड दोलन हों। इस प्रक्रिया में, लेजर आउटपुट पर शोर के प्रभाव को नियंत्रित करना अक्सर आवश्यक होता है, और बाहरी वातावरण के कंपन और तापमान परिवर्तनों के कारण होने वाले वर्णक्रमीय लाइनों के चौड़ीकरण को कम करता है; इसी समय, इसे शोर के स्रोत को समझने और लेजर के डिजाइन को अनुकूलित करने के लिए चरण या आवृत्ति शोर वर्णक्रमीय घनत्व के विश्लेषण के साथ भी जोड़ा जा सकता है, ताकि संकीर्ण लाइनविड्थ लेजर के स्थिर आउटपुट को प्राप्त किया जा सके।

आइए लेज़रों की कई अलग -अलग श्रेणियों के संकीर्ण लाइनविड्थ संचालन की प्राप्ति पर एक नज़र डालें।

(१)अर्धचालक लेजर

सेमीकंडक्टर लेज़रों में कॉम्पैक्ट आकार, उच्च दक्षता, लंबे जीवन और आर्थिक लाभों के फायदे हैं।

पारंपरिक में उपयोग किए जाने वाले फैब्री-पेरोट (एफपी) ऑप्टिकल रेज़ोनेटरअर्धचालक लेजरआम तौर पर मल्टी-लोंगिट्यूडिनल मोड में दोलन होता है, और आउटपुट लाइन की चौड़ाई अपेक्षाकृत चौड़ी होती है, इसलिए संकीर्ण लाइन चौड़ाई के उत्पादन को प्राप्त करने के लिए ऑप्टिकल फीडबैक को बढ़ाना आवश्यक है।

वितरित प्रतिक्रिया (DFB) और डिस्ट्रीब्यूटेड ब्रैग रिफ्लेक्शन (DBR) दो विशिष्ट आंतरिक ऑप्टिकल फीडबैक सेमीकंडक्टर लेजर हैं। छोटे झंझरी पिच और अच्छी तरंग दैर्ध्य चयनात्मकता के कारण, स्थिर एकल-आवृत्ति संकीर्ण लाइनविड्थ आउटपुट को प्राप्त करना आसान है। दो संरचनाओं के बीच मुख्य अंतर झंझरी की स्थिति है: DFB संरचना आमतौर पर पूरे अनुनादक के दौरान ब्रैग झंझरी की आवधिक संरचना को वितरित करती है, और DBR का गुंजयमान आमतौर पर प्रतिबिंब झंझरी संरचना और अंत सतह में एकीकृत लाभ क्षेत्र से बना होता है। इसके अलावा, DFB लेजर कम अपवर्तक सूचकांक कंट्रास्ट और कम परावर्तकता के साथ एम्बेडेड झंझरी का उपयोग करते हैं। डीबीआर लेजर उच्च अपवर्तक सूचकांक विपरीत और उच्च परावर्तकता के साथ सतह झंझरी का उपयोग करते हैं। दोनों संरचनाओं में एक बड़ी मुक्त वर्णक्रमीय रेंज है और कुछ नैनोमीटर की सीमा में मोड जंप के बिना तरंग दैर्ध्य ट्यूनिंग कर सकते हैं, जहां डीबीआर लेजर की तुलना में एक व्यापक ट्यूनिंग रेंज हैडीएफबी लेजर। इसके अलावा, बाहरी कैविटी ऑप्टिकल फीडबैक तकनीक, जो सेमीकंडक्टर लेजर चिप के आउटगोइंग लाइट को प्रतिक्रिया देने के लिए बाहरी ऑप्टिकल तत्वों का उपयोग करती है और आवृत्ति का चयन करती है, सेमीकंडक्टर लेजर के संकीर्ण लाइनविड्थ संचालन का भी एहसास कर सकती है।

(२) फाइबर लेजर

फाइबर लेज़रों में उच्च पंप रूपांतरण दक्षता, अच्छी बीम गुणवत्ता और उच्च युग्मन दक्षता होती है, जो लेजर क्षेत्र में गर्म अनुसंधान विषय हैं। सूचना युग के संदर्भ में, फाइबर लेज़रों में बाजार में वर्तमान ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणालियों के साथ अच्छी संगतता है। संकीर्ण रेखा की चौड़ाई, कम शोर और अच्छे सुसंगतता के फायदों के साथ एकल-आवृत्ति फाइबर लेजर इसके विकास की महत्वपूर्ण दिशाओं में से एक बन गया है।

एकल अनुदैर्ध्य मोड ऑपरेशन संकीर्ण लाइन-चौड़ाई आउटपुट को प्राप्त करने के लिए फाइबर लेजर का मूल है, आमतौर पर एकल आवृत्ति फाइबर लेजर के अनुनादक की संरचना के अनुसार डीएफबी प्रकार, डीबीआर प्रकार और रिंग प्रकार में विभाजित किया जा सकता है। उनमें से, DFB और DBR सिंगल-फ़्रीक्वेंसी फाइबर लेजर का कार्य सिद्धांत DFB और DBR अर्धचालक लेजर के समान है।

जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, DFB फाइबर लेजर फाइबर में वितरित ब्रैग झंझरी लिखना है। क्योंकि थरथरानवाला की कामकाजी तरंग दैर्ध्य फाइबर अवधि से प्रभावित होता है, अनुदैर्ध्य मोड को झंझरी के वितरित प्रतिक्रिया के माध्यम से चुना जा सकता है। डीबीआर लेजर का लेजर रेजोनेटर आमतौर पर फाइबर ब्रैग ग्रैटिंग्स की एक जोड़ी द्वारा बनाया जाता है, और एकल अनुदैर्ध्य मोड को मुख्य रूप से संकीर्ण बैंड और कम परावर्तनशीलता फाइबर ब्रैग ग्रैग्स द्वारा चुना जाता है। हालांकि, इसके लंबे अनुनादक, जटिल संरचना और प्रभावी आवृत्ति भेदभाव तंत्र की कमी के कारण, रिंग के आकार का गुहा मोड होपिंग के लिए प्रवण है, और लंबे समय तक निरंतर अनुदैर्ध्य मोड में काम करना मुश्किल है।

चित्रा 1, एकल आवृत्ति के दो विशिष्ट रैखिक संरचनाएंफाइबर लेजर