आज आपण एका अत्यंत अरुंद लाइनविड्थ असलेल्या 'मोनोक्रोमॅटिक' लेझरची ओळख करून घेणार आहोत. त्याच्या उदयानंतर लेझरच्या अनेक उपयोजन क्षेत्रांमधील उणीवा भरून निघाल्या आहेत आणि अलिकडच्या वर्षांत गुरुत्वीय लहरींचा शोध, लिडार (liDAR), वितरित संवेदन, उच्च-गती सुसंगत ऑप्टिकल संप्रेषण आणि इतर क्षेत्रांमध्ये त्याचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला गेला आहे. हे एक असे 'ध्येय' आहे जे केवळ लेझरची शक्ती वाढवून पूर्ण होऊ शकत नाही.
नॅरो लाइनविड्थ लेझर म्हणजे काय?
'लाइन विड्थ' ही संज्ञा फ्रिक्वेन्सी डोमेनमधील लेझरच्या स्पेक्ट्रल लाइन विड्थला सूचित करते, जी सामान्यतः स्पेक्ट्रमच्या हाफ-पीक फुल विड्थ (FWHM) च्या स्वरूपात मोजली जाते. लाइन विड्थवर मुख्यत्वे उत्तेजित अणू किंवा आयनांचे स्वयंस्फूर्त विकिरण, फेज नॉइज, रेझोनेटरचे यांत्रिक कंपन, तापमानातील चढउतार आणि इतर बाह्य घटकांचा परिणाम होतो. लाइन विड्थचे मूल्य जितके कमी असेल, तितकी स्पेक्ट्रमची शुद्धता जास्त असते, म्हणजेच लेझरची मोनोक्रोमॅटिसिटी अधिक चांगली असते. अशी वैशिष्ट्ये असलेल्या लेझर्समध्ये सामान्यतः खूप कमी फेज किंवा फ्रिक्वेन्सी नॉइज आणि खूप कमी सापेक्ष तीव्रता नॉइज असतो. त्याच वेळी, लेझरच्या रेषीय विड्थचे मूल्य जितके कमी असेल, तितकी संबंधित कोहेरन्स अधिक मजबूत असते, जी अत्यंत लांब कोहेरन्स लेंथच्या रूपात दिसून येते.
अरुंद लाइनविड्थ लेझरची निर्मिती आणि अनुप्रयोग
लेझरच्या कार्यकारी पदार्थाच्या अंगभूत गेन लाइनविड्थच्या मर्यादेमुळे, केवळ पारंपरिक ऑसिलेटरवर अवलंबून अरुंद लाइनविड्थ लेझरचे आउटपुट थेट मिळवणे जवळजवळ अशक्य आहे. अरुंद लाइनविड्थ लेझरचे कार्य साध्य करण्यासाठी, गेन स्पेक्ट्रममधील लॉंगिट्यूडिनल मॉड्युलस मर्यादित करण्यासाठी किंवा निवडण्यासाठी, तसेच लॉंगिट्यूडिनल मोड्समधील निव्वळ गेन फरक वाढवण्यासाठी फिल्टर्स, ग्रेटिंग आणि इतर उपकरणांचा वापर करणे सहसा आवश्यक असते, जेणेकरून लेझर रेझोनेटरमध्ये काही किंवा अगदी फक्त एकच लॉंगिट्यूडिनल मोड ऑसिलेशन होईल. या प्रक्रियेत, लेझर आउटपुटवरील नॉईजचा प्रभाव नियंत्रित करणे आणि बाह्य वातावरणातील कंपन व तापमानातील बदलांमुळे होणारे स्पेक्ट्रल रेषांचे रुंदीकरण कमी करणे अनेकदा आवश्यक असते; त्याच वेळी, नॉईजचा स्रोत समजून घेण्यासाठी आणि लेझरची रचना ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी फेज किंवा फ्रिक्वेन्सी नॉईज स्पेक्ट्रल डेन्सिटीच्या विश्लेषणासोबत याचा वापर केला जाऊ शकतो, जेणेकरून अरुंद लाइनविड्थ लेझरचे स्थिर आउटपुट मिळवता येईल.
चला, विविध प्रकारच्या लेझर्सच्या अरुंद लाइनविड्थ ऑपरेशनच्या प्रत्यक्ष अंमलबजावणीवर एक नजर टाकूया.
सेमीकंडक्टर लेझर्सचे फायदे म्हणजे लहान आकार, उच्च कार्यक्षमता, दीर्घायुष्य आणि आर्थिक लाभ.
पारंपारिक मध्ये वापरले जाणारे फॅब्री-पेरो (FP) ऑप्टिकल रेझोनेटरसेमीकंडक्टर लेझरसाधारणपणे बहु-अनुदैर्ध्य मोडमध्ये दोलन होते आणि आउटपुट लाइनची रुंदी तुलनेने जास्त असते, म्हणून कमी रुंदीचे आउटपुट मिळवण्यासाठी ऑप्टिकल फीडबॅक वाढवणे आवश्यक आहे.
डिस्ट्रिब्युटेड फीडबॅक (DFB) आणि डिस्ट्रिब्युटेड ब्रॅग रिफ्लेक्शन (DBR) हे दोन वैशिष्ट्यपूर्ण अंतर्गत ऑप्टिकल फीडबॅक सेमीकंडक्टर लेझर आहेत. लहान ग्रेटिंग पिच आणि चांगल्या तरंगलांबी निवडक्षमतेमुळे, स्थिर एकल-वारंवारता अरुंद लाइनविड्थ आउटपुट मिळवणे सोपे होते. या दोन संरचनांमधील मुख्य फरक ग्रेटिंगच्या स्थानाचा आहे: DFB संरचनेत सामान्यतः ब्रॅग ग्रेटिंगची नियतकालिक रचना संपूर्ण रेझोनेटरमध्ये वितरित केलेली असते, तर DBR चा रेझोनेटर सामान्यतः रिफ्लेक्शन ग्रेटिंग संरचना आणि अंतिम पृष्ठभागावर एकत्रित केलेल्या गेन रिजनने बनलेला असतो. याव्यतिरिक्त, DFB लेझरमध्ये कमी अपवर्तक निर्देशांक विरोधाभास आणि कमी परावर्तकता असलेल्या एम्बेडेड ग्रेटिंगचा वापर केला जातो. DBR लेझरमध्ये उच्च अपवर्तक निर्देशांक विरोधाभास आणि उच्च परावर्तकता असलेल्या पृष्ठभागावरील ग्रेटिंगचा वापर केला जातो. दोन्ही संरचनांमध्ये मोठी फ्री स्पेक्ट्रल रेंज असते आणि त्या काही नॅनोमीटरच्या श्रेणीत मोड जंपशिवाय तरंगलांबी ट्यूनिंग करू शकतात, जिथे DBR लेझरची ट्यूनिंग रेंज DFB लेझरपेक्षा अधिक विस्तृत असते.डीएफबी लेझरयाव्यतिरिक्त, एक्सटर्नल कॅव्हिटी ऑप्टिकल फीडबॅक तंत्रज्ञान, जे सेमीकंडक्टर लेसर चिपच्या बाहेर पडणाऱ्या प्रकाशाला फीडबॅक देण्यासाठी आणि वारंवारता निवडण्यासाठी बाह्य ऑप्टिकल घटकांचा वापर करते, ते सेमीकंडक्टर लेसरचे अरुंद लाइनविड्थ ऑपरेशन देखील साध्य करू शकते.
(2) फायबर लेझर
फायबर लेझर्समध्ये उच्च पंप रूपांतरण कार्यक्षमता, उत्तम बीम गुणवत्ता आणि उच्च कपलिंग कार्यक्षमता असते, जे लेझर क्षेत्रातील संशोधनाचे महत्त्वाचे विषय आहेत. माहिती युगाच्या संदर्भात, फायबर लेझर्सची बाजारातील सध्याच्या ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशन सिस्टीम्सशी चांगली सुसंगतता आहे. अरुंद लाइन विड्थ, कमी आवाज आणि चांगली सुसंगतता यांसारख्या फायद्यांमुळे सिंगल-फ्रिक्वेन्सी फायबर लेझर हे त्याच्या विकासाच्या महत्त्वाच्या दिशांपैकी एक बनले आहे.
अरुंद लाइन-विड्थ आउटपुट मिळवण्यासाठी सिंगल लॉंगिट्यूडिनल मोड ऑपरेशन हे फायबर लेझरचे मुख्य वैशिष्ट्य आहे. सामान्यतः, रेझोनेटरच्या रचनेनुसार सिंगल फ्रिक्वेन्सी फायबर लेझरचे DFB प्रकार, DBR प्रकार आणि रिंग प्रकारात वर्गीकरण केले जाते. त्यापैकी, DFB आणि DBR सिंगल-फ्रिक्वेन्सी फायबर लेझर्सचे कार्यतत्त्व हे DFB आणि DBR सेमीकंडक्टर लेझर्ससारखेच असते.
आकृती १ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, DFB फायबर लेसरमध्ये फायबरमध्ये डिस्ट्रिब्युटेड ब्रॅग ग्रेटिंग कोरले जाते. ऑसिलेटरची कार्यरत तरंगलांबी फायबरच्या आवर्तकालावर अवलंबून असल्यामुळे, ग्रेटिंगच्या डिस्ट्रिब्युटेड फीडबॅकद्वारे लॉंगिट्यूडिनल मोड निवडला जाऊ शकतो. DBR लेसरचा लेसर रेझोनेटर सामान्यतः फायबर ब्रॅग ग्रेटिंगच्या जोडीने बनलेला असतो आणि सिंगल लॉंगिट्यूडिनल मोड मुख्यत्वे अरुंद बँड आणि कमी परावर्तकता असलेल्या फायबर ब्रॅग ग्रेटिंगद्वारे निवडला जातो. तथापि, त्याच्या लांब रेझोनेटर, जटिल रचना आणि प्रभावी फ्रिक्वेन्सी भेदभाव यंत्रणेच्या अभावामुळे, रिंग-आकाराच्या कॅव्हिटीमध्ये मोड हॉपिंग होण्याची शक्यता असते आणि दीर्घकाळ स्थिरपणे लॉंगिट्यूडिनल मोडमध्ये काम करणे कठीण होते.
आकृती १, एकल वारंवारतेच्या दोन ठराविक रेषीय रचनाफायबर लेझर
पोस्ट करण्याची वेळ: २७ नोव्हेंबर २०२३