ध्रुवीकृत फायबर नॅरो-लाइनविड्थ लेसरच्या ऑप्टिकल पाथची रचना

ध्रुवीकृत फायबरच्या ऑप्टिकल मार्गाची रचनाअरुंद-लाइनविड्थ लेझर

१. आढावा

१०१८ एनएम ध्रुवीकृत फायबर अरुंद-लाइनविड्थ लेझर. कार्यरत तरंगलांबी १०१८ एनएम आहे, लेझर आउटपुट पॉवर १०४ वॅट आहे, ३ डीबी आणि २० डीबीची स्पेक्ट्रल रुंदी अनुक्रमे ~२१ गिगाहर्ट्झ आणि ~७२ गिगाहर्ट्झ आहे, ध्रुवीकरण विलोपन गुणोत्तर >१७.५ डीबी आहे, आणि बीमची गुणवत्ता उच्च आहे (२ x एम – १.६२ आणि २ वाय एम) एलेझर प्रणाली79% (∼1.63) च्या स्लोप एफिशियन्सीसह.

२. प्रकाशीय मार्गाचे वर्णन

एकाध्रुवीकृत फायबर अरुंद-लाइनविड्थ लेझररेषीय ध्रुवीकृत फायबर लेझर ऑसिलेटरमध्ये ध्रुवीकरण-टिकवून ठेवणाऱ्या फायबर ग्रेटिंग्जची एक जोडी आणि गेन माध्यम म्हणून १.५-मीटर लांबीचा १०/१२५ μm यटरबियम-मिश्रित डबल-क्लॅड ध्रुवीकरण-टिकवून ठेवणारा फायबर असतो. या ऑप्टिकल फायबरचा ९७६ nm वरील शोषण गुणांक ५ dB/m आहे. लेझर ऑसिलेटरला ९७६ nm तरंगलांबी-लॉक केलेल्या प्रकाशझोताद्वारे पंप केले जाते.सेमीकंडक्टर लेझरपोलॅरिटी-मेन्टेनिंग (1+1)×1 बीम कंबाइनरद्वारे 27 W ची कमाल शक्ती मिळते. उच्च परावर्तन ग्रेटिंगची परावर्तकता 99% पेक्षा जास्त आहे आणि 3 dB परावर्तन बँडविड्थ अंदाजे 0.22 nm आहे. ग्रेटिंगची कमी परावर्तकता 40% आहे आणि 3 dB परावर्तन बँडविड्थ अंदाजे 0.216 nm आहे. दोन्ही ग्रेटिंगची मध्यवर्ती परावर्तन तरंगलांबी 1018 nm आहे. लेझर रेझोनेटरची आउटपुट पॉवर आणि ASE सप्रेशन रेशो संतुलित करण्यासाठी, ग्रेटिंगची कमी परावर्तकता 40% पर्यंत ऑप्टिमाइझ करण्यात आली. उच्च-परावर्तन ग्रेटिंगचा टेल फायबर गेन फायबरला जोडलेला आहे, तर कमी-परावर्तन ग्रेटिंगचा टेल फायबर 90° फिरवून क्लॅडिंग फिल्टरच्या टेल फायबरला जोडलेला आहे. त्यामुळे, उच्च-परावर्तन ग्रेटिंगच्या फास्ट-ॲक्सिस परावर्तन तरंगलांबीची पीक पोझिशन कमी-परावर्तन ग्रेटिंगच्या स्लो-ॲक्सिस परावर्तन तरंगलांबीच्या पीक पोझिशनशी जुळते. अशा प्रकारे, रेझोनंट कॅव्हिटीमध्ये फक्त एकच ध्रुवीकृत लेझर दोलन करू शकतो. ऑप्टिकल फायबर क्लॅडिंगमधील उर्वरित पंप प्रकाश, रेझोनंट कॅव्हिटीमध्ये जोडलेल्या स्व-निर्मित क्लॅडिंग फिल्टरद्वारे गाळून टाकला जातो आणि एंड फेस फीडबॅक व पॅरासिटिक ऑसिलेशन टाळण्यासाठी आउटपुट पिगटेलला ८° चा बेव्हल दिला जातो.

३. पार्श्वभूमी ज्ञान

रेषीय ध्रुवीकृत फायबर लेझर्सची निर्मिती यंत्रणा: ताण द्वि-अपवर्तनामुळे, नाशपातीच्या आकाराच्या ध्रुवीकरण-टिकवून ठेवणाऱ्या फायबरला दोन लंब ध्रुवीकरण अक्ष असतात, ज्यांना वेगवान अक्ष आणि मंद अक्ष म्हणून ओळखले जाते. सामान्यतः, मंद अक्षाचा अपवर्तनांक वेगवान अक्षापेक्षा जास्त असल्यामुळे, ध्रुवीकरण-टिकवून ठेवणाऱ्या फायबरवर कोरलेल्या ग्रेटिंगला दोन वेगवेगळ्या मध्यवर्ती तरंगलांबी असतात. रेषीय ध्रुवीकृत फायबर लेझरची अनुनादी पोकळी सामान्यतः दोन ध्रुवीकरण-टिकवून ठेवणाऱ्या ग्रेटिंग्जनी बनलेली असते. वेगवान अक्षावरील कमी-परावर्तन ग्रेटिंग आणि मंद अक्षावरील उच्च-परावर्तन ग्रेटिंगच्या तरंगलांबी अनुक्रमे जुळतात. जेव्हा ध्रुवीकरण-टिकवून ठेवणाऱ्या ग्रेटिंगची परावर्तन बँडविड्थ पुरेशी अरुंद असते, तेव्हा वेगवान अक्ष आणि मंद अक्ष दिशांमधील पारगमन स्पेक्ट्रा वेगळे केले जाऊ शकतात आणि दोन्ही तरंगलांबी अनुनादी पोकळीमध्ये कंपन करू शकतात. ध्रुवीकरण-टिकवून ठेवणाऱ्या ग्रेटिंगच्या दुहेरी-तरंगलांबी दोलन तत्त्वानुसार, प्रयोगात ते साध्य करण्यासाठी समांतर वेल्डिंग पद्धतीचा अवलंब केला जाऊ शकतो. वेल्डिंग दरम्यान, दोन्ही ग्रेटिंगचे ध्रुवीकरण-टिकवून ठेवणारे अक्ष एका रेषेत आणले जातात. अशा प्रकारे, उच्च-परावर्तन ग्रेटिंगची दोन पारगमन शिखरे कमी-परावर्तन ग्रेटिंगच्या शिखरांशी जुळतात आणि त्यामुळे दुहेरी-तरंगलांबी लेझर आउटपुट साकारता येते.

प्रत्यक्ष लेझर ध्रुवीकरण-टिकवून ठेवणाऱ्या प्रणालींमध्ये, रेषीय ध्रुवीकृत लेझरच्या आउटपुट वैशिष्ट्यांचे मूल्यांकन करण्यासाठी रेषीय विषमता (linear skew) हा एक महत्त्वाचा निर्देशक असतो. सामान्यतः, उच्च-परावर्तनीयता असलेल्या ग्रेटिंगचा आवर्तकाल कमी-परावर्तनीयता असलेल्या ग्रेटिंगपेक्षा जास्त असतो. उच्च PER मूल्य असलेला रेषीय ध्रुवीकृत लेझर मिळवण्यासाठी, फक्त एका ध्रुवीकरण शिखराला कंपन करण्याची आवश्यकता असते. जेव्हा कमी-परावर्तनीयता असलेल्या ग्रेटिंगचा वेगवान अक्ष (fast axis) उच्च-परावर्तनीयता असलेल्या ग्रेटिंगच्या मंद अक्षाच्या (slow axis) रेषेत असतो, तेव्हा कमी-परावर्तनीयता असलेल्या ग्रेटिंगच्या वेगवान अक्षाच्या दिशेतील मध्यवर्ती तरंगलांबी ही उच्च-परावर्तनीयता असलेल्या ग्रेटिंगच्या मंद अक्षाच्या दिशेतील तरंगलांबीशी जुळते, तर कमी-परावर्तनीयता असलेल्या ग्रेटिंगच्या मंद अक्षाच्या दिशेतील पारेषण शिखर (transmission peak) हे उच्च-परावर्तनीयता असलेल्या ग्रेटिंगच्या वेगवान अक्षाच्या दिशेतील पारेषण शिखराशी जुळत नाही. अशा प्रकारे, एका पारेषण शिखराला कंपन करता येते. त्याचप्रमाणे, जेव्हा कमी-परावर्तनीय ग्रॅटिंगचा मंद अक्ष उच्च-परावर्तनीय ग्रॅटिंगच्या वेगवान अक्षाच्या रेषेत असतो, तेव्हा कमी-परावर्तनीय ग्रॅटिंगच्या मंद अक्षाची मध्यवर्ती तरंगलांबी उच्च-परावर्तनीय ग्रॅटिंगच्या वेगवान अक्षाच्या तरंगलांबीशी जुळते, तर कमी-परावर्तनीय ग्रॅटिंगच्या वेगवान अक्षाचे पारगमन शिखर उच्च-परावर्तनीय ग्रॅटिंगच्या मंद अक्षाच्या पारगमन शिखराशी जुळत नाही. अशा प्रकारे, एक पारगमन शिखर देखील कंपन करू शकते. वरील दोन्ही पद्धतींनी रेषीय ध्रुवीकृत लेझर आउटपुट मिळवता येते. ध्रुवीकरण-टिकवून ठेवणाऱ्या ग्रॅटिंगच्या एकल-तरंगलांबी रेषीय ध्रुवीकृत लेझर दोलन तत्त्वानुसार, प्रयोगात ते साध्य करण्यासाठी लंबकोनीय जोडणी पद्धतीचा अवलंब केला जाऊ शकतो. जेव्हा उच्च परावर्तन ग्रेटिंग आणि कमी परावर्तन ग्रेटिंगच्या ध्रुवीकरण-टिकवून ठेवणाऱ्या अक्षांचा जोड कोन 90° असतो, तेव्हा उच्च परावर्तन ग्रेटिंगच्या मंद अक्षाच्या दिशेतील पारेषण शिखर हे कमी परावर्तन ग्रेटिंगच्या वेगवान अक्षाच्या दिशेतील पारेषण शिखराशी जुळते आणि त्यामुळे एकल-तरंगलांबी रेषीय ध्रुवीकृत फायबर लेसरचे आउटपुट साकारले जाऊ शकते.