स्पंदित लेज़रों का अवलोकन

का अवलोकनस्पंदित लेज़रों

उत्पन्न करने का सबसे सीधा तरीकालेज़रपल्स उत्पन्न करने का एक तरीका निरंतर लेज़र के बाहरी भाग में एक मॉड्यूलेटर जोड़ना है। यह विधि सबसे तेज़ पिकोसेकंड पल्स उत्पन्न कर सकती है, हालाँकि सरल है, लेकिन व्यर्थ प्रकाश ऊर्जा और अधिकतम शक्ति निरंतर प्रकाश शक्ति से अधिक नहीं हो सकती। इसलिए, लेज़र पल्स उत्पन्न करने का एक अधिक कुशल तरीका लेज़र गुहा में मॉड्यूलेट करना है, पल्स ट्रेन के बंद होने के समय ऊर्जा संग्रहीत करना और चालू होने के समय इसे मुक्त करना। लेज़र गुहा मॉड्यूलेशन के माध्यम से पल्स उत्पन्न करने के लिए उपयोग की जाने वाली चार सामान्य तकनीकें हैं: गेन स्विचिंग, क्यू-स्विचिंग (लॉस स्विचिंग), कैविटी एम्प्टींग, और मोड-लॉकिंग।

गेन स्विच पंप पावर को मॉड्यूलेट करके छोटे पल्स उत्पन्न करता है। उदाहरण के लिए, सेमीकंडक्टर गेन-स्विच्ड लेज़र करंट मॉड्यूलेशन द्वारा कुछ नैनोसेकंड से लेकर सौ पिकोसेकंड तक के पल्स उत्पन्न कर सकते हैं। हालाँकि पल्स ऊर्जा कम है, यह विधि बहुत लचीली है, जैसे कि समायोज्य पुनरावृत्ति आवृत्ति और पल्स चौड़ाई प्रदान करना। 2018 में, टोक्यो विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक फेमटोसेकंड गेन-स्विच्ड सेमीकंडक्टर लेज़र की रिपोर्ट दी, जो 40 साल पुरानी तकनीकी अड़चन में एक बड़ी सफलता थी।

प्रबल नैनोसेकंड स्पंद सामान्यतः क्यू-स्विच्ड लेज़रों द्वारा उत्पन्न होते हैं, जो गुहा में कई चक्कर लगाते हैं, और स्पंद ऊर्जा प्रणाली के आकार के आधार पर कई मिलीजूल से लेकर कई जूल तक होती है। मध्यम ऊर्जा (सामान्यतः 1 μJ से कम) पिकोसेकंड और फेमटोसेकंड स्पंद मुख्यतः मोड-लॉक्ड लेज़रों द्वारा उत्पन्न होते हैं। लेज़र अनुनादक में एक या एक से अधिक अतिलघु स्पंद होते हैं जो निरंतर चक्रित होते रहते हैं। प्रत्येक अंतःगुहा स्पंद आउटपुट युग्मन दर्पण के माध्यम से एक स्पंद संचारित करता है, और आवृत्ति सामान्यतः 10 मेगाहर्ट्ज और 100 गीगाहर्ट्ज के बीच होती है। नीचे दिया गया चित्र एक पूर्णतः सामान्य परिक्षेपण (ANDi) अपव्ययी सॉलिटॉन फेमटोसेकंड दर्शाता है।फाइबर लेजर उपकरणजिनमें से अधिकांश को थोरलैब्स मानक घटकों (फाइबर, लेंस, माउंट और विस्थापन तालिका) का उपयोग करके बनाया जा सकता है।

गुहा खाली करने की तकनीक का उपयोग किया जा सकता हैक्यू-स्विच्ड लेज़रकम आवृत्ति के साथ पल्स ऊर्जा बढ़ाने के लिए छोटे पल्स और मोड-लॉक्ड लेजर प्राप्त करना।

समय डोमेन और आवृत्ति डोमेन पल्स
समय के साथ पल्स का रैखिक आकार आमतौर पर अपेक्षाकृत सरल होता है और इसे गॉसियन और सेच² फलनों द्वारा व्यक्त किया जा सकता है। पल्स समय (जिसे पल्स चौड़ाई भी कहा जाता है) को आमतौर पर अर्ध-ऊँचाई चौड़ाई (FWHM) मान द्वारा व्यक्त किया जाता है, अर्थात, वह चौड़ाई जिसके पार प्रकाशीय शक्ति शिखर शक्ति की कम से कम आधी होती है; Q-स्विच्ड लेज़र नैनोसेकंड के छोटे पल्स उत्पन्न करता है
मोड-लॉक्ड लेज़र दसियों पिकोसेकंड से लेकर फेम्टोसेकंड तक के अल्ट्रा-शॉर्ट पल्स (USP) उत्पन्न करते हैं। उच्च गति वाले इलेक्ट्रॉनिक्स केवल दसियों पिकोसेकंड तक ही माप सकते हैं, और इससे छोटे पल्स केवल ऑटोकोरेलेटर, FROG और SPIDER जैसी विशुद्ध रूप से ऑप्टिकल तकनीकों से ही मापे जा सकते हैं। हालाँकि नैनोसेकंड या उससे अधिक लंबे पल्स लंबी दूरी तक भी यात्रा करते समय अपनी पल्स चौड़ाई में शायद ही कोई बदलाव करते हैं, अल्ट्रा-शॉर्ट पल्स कई कारकों से प्रभावित हो सकते हैं:

फैलाव के परिणामस्वरूप एक बड़ा पल्स चौड़ा हो सकता है, लेकिन विपरीत फैलाव के साथ इसे पुनः संपीड़ित किया जा सकता है। निम्नलिखित आरेख दर्शाता है कि थोरलैब्स फेम्टोसेकंड पल्स कंप्रेसर माइक्रोस्कोप फैलाव की क्षतिपूर्ति कैसे करता है।

अरैखिकता आमतौर पर पल्स की चौड़ाई को सीधे प्रभावित नहीं करती, लेकिन यह बैंडविड्थ को चौड़ा कर देती है, जिससे प्रसार के दौरान पल्स का फैलाव अधिक संवेदनशील हो जाता है। किसी भी प्रकार का फाइबर, जिसमें सीमित बैंडविड्थ वाले अन्य लाभ माध्यम भी शामिल हैं, बैंडविड्थ या अति-लघु पल्स के आकार को प्रभावित कर सकता है, और बैंडविड्थ में कमी से समय के साथ पल्स का विस्तार हो सकता है; ऐसे मामले भी होते हैं जहाँ स्पेक्ट्रम के संकरे होने पर प्रबल रूप से चहकने वाले पल्स की पल्स चौड़ाई कम हो जाती है।