स्पंदित लेजरों का अवलोकन

का अवलोकनस्पंदित लेजर

उत्पन्न करने का सबसे सीधा तरीकालेज़रलेजर पल्स उत्पन्न करने का एक तरीका निरंतर लेजर के बाहरी भाग में मॉड्यूलेटर जोड़ना है। यह विधि सरल होते हुए भी सबसे तेज़ पिकोसेकंड पल्स उत्पन्न कर सकती है, लेकिन इसमें प्रकाश ऊर्जा की बर्बादी होती है और इसकी पीक पावर निरंतर प्रकाश पावर से अधिक नहीं हो सकती। इसलिए, लेजर पल्स उत्पन्न करने का एक अधिक कुशल तरीका लेजर कैविटी में मॉड्यूलेशन करना है, जिसमें पल्स ट्रेन के ऑफ-टाइम पर ऊर्जा संग्रहित की जाती है और ऑन-टाइम पर उसे मुक्त किया जाता है। लेजर कैविटी मॉड्यूलेशन के माध्यम से पल्स उत्पन्न करने के लिए उपयोग की जाने वाली चार सामान्य तकनीकें हैं: गेन स्विचिंग, क्यू-स्विचिंग (लॉस स्विचिंग), कैविटी एम्प्टीइंग और मोड-लॉकिंग।

गेन स्विच पंप पावर को मॉड्यूलेट करके छोटी पल्स उत्पन्न करता है। उदाहरण के लिए, सेमीकंडक्टर गेन-स्विच्ड लेजर करंट मॉड्यूलेशन द्वारा कुछ नैनोसेकंड से लेकर सौ पिकोसेकंड तक की पल्स उत्पन्न कर सकते हैं। हालांकि पल्स ऊर्जा कम होती है, यह विधि बहुत लचीली है, जैसे कि समायोज्य पुनरावृति आवृत्ति और पल्स चौड़ाई प्रदान करना। 2018 में, टोक्यो विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक फेम्टोसेकंड गेन-स्विच्ड सेमीकंडक्टर लेजर की रिपोर्ट की, जो 40 वर्षों से चली आ रही तकनीकी बाधा को तोड़ने वाली एक बड़ी सफलता थी।

तीव्र नैनोसेकंड पल्स आमतौर पर क्यू-स्विच्ड लेज़रों द्वारा उत्पन्न की जाती हैं, जो कैविटी में कई चक्कर लगाकर उत्सर्जित होती हैं, और पल्स ऊर्जा सिस्टम के आकार के आधार पर कई मिलीजूल से कई जूल तक होती है। मध्यम ऊर्जा (आमतौर पर 1 μJ से कम) वाली पिकोसेकंड और फेमटोसेकंड पल्स मुख्य रूप से मोड-लॉक्ड लेज़रों द्वारा उत्पन्न की जाती हैं। लेज़र रेज़ोनेटर में एक या अधिक अल्ट्राशॉर्ट पल्स होती हैं जो लगातार चक्रित होती रहती हैं। प्रत्येक इंट्राकैविटी पल्स आउटपुट कपलिंग मिरर के माध्यम से एक पल्स संचारित करती है, और आवृत्ति आमतौर पर 10 मेगाहर्ट्ज और 100 GHz के बीच होती है। नीचे दिया गया चित्र एक पूर्णतः सामान्य फैलाव (ANDi) विघटनकारी सॉलिटॉन फेमटोसेकंड पल्स को दर्शाता है।फाइबर लेजर उपकरणइनमें से अधिकांश को थोरलैब्स के मानक घटकों (फाइबर, लेंस, माउंट और विस्थापन तालिका) का उपयोग करके बनाया जा सकता है।

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

समय डोमेन और आवृत्ति डोमेन पल्स
समय के साथ पल्स का रैखिक आकार आम तौर पर अपेक्षाकृत सरल होता है और इसे गॉसियन और sech² फ़ंक्शन द्वारा व्यक्त किया जा सकता है। पल्स समय (जिसे पल्स चौड़ाई भी कहा जाता है) को आमतौर पर अर्ध-ऊंचाई चौड़ाई (FWHM) मान द्वारा व्यक्त किया जाता है, यानी वह चौड़ाई जिसके पार ऑप्टिकल शक्ति शिखर शक्ति की कम से कम आधी होती है; क्यू-स्विच्ड लेजर नैनोसेकंड की छोटी पल्स उत्पन्न करता है।
मोड-लॉक्ड लेज़र दसियों पिकोसेकंड से लेकर फेम्टोसेकंड तक के अल्ट्रा-शॉर्ट पल्स (यूएसपी) उत्पन्न करते हैं। हाई-स्पीड इलेक्ट्रॉनिक्स केवल दसियों पिकोसेकंड तक ही माप सकते हैं, और इससे छोटे पल्स को केवल ऑटोकोरिलेटर, FROG और SPIDER जैसी विशुद्ध रूप से ऑप्टिकल तकनीकों से ही मापा जा सकता है। जबकि नैनोसेकंड या उससे लंबे पल्स लंबी दूरी तय करने पर भी अपनी पल्स चौड़ाई में शायद ही कोई बदलाव करते हैं, वहीं अल्ट्रा-शॉर्ट पल्स कई कारकों से प्रभावित हो सकते हैं।

फैलाव के कारण पल्स में काफी चौड़ाई आ सकती है, लेकिन विपरीत फैलाव का उपयोग करके इसे पुनः संपीड़ित किया जा सकता है। निम्नलिखित आरेख दर्शाता है कि थोरलैब्स फेमटोसेकंड पल्स कंप्रेसर माइक्रोस्कोप फैलाव की भरपाई कैसे करता है।

सामान्यतः अरैखिकता पल्स की चौड़ाई को सीधे प्रभावित नहीं करती, लेकिन यह बैंडविड्थ को बढ़ा देती है, जिससे प्रसार के दौरान पल्स के विक्षेपण की संभावना बढ़ जाती है। सीमित बैंडविड्थ वाले अन्य लाभ माध्यमों सहित किसी भी प्रकार का फाइबर, बैंडविड्थ या अति-लघु पल्स के आकार को प्रभावित कर सकता है, और बैंडविड्थ में कमी से समय के साथ चौड़ाई बढ़ सकती है; ऐसे मामले भी होते हैं जहां स्पेक्ट्रम के संकरा होने पर तीव्र चिर्प्ड पल्स की पल्स चौड़ाई कम हो जाती है।