स्पंदित लेझरचा आढावा

आढावास्पंदित लेझर

निर्माण करण्याचा सर्वात थेट मार्गलेझरसतत चालणाऱ्या लेझरच्या बाहेरच्या बाजूला एक मॉड्युलेटर जोडणे हा पल्स निर्माण करण्याचा एक मार्ग आहे. ही पद्धत सोपी असली तरी, सर्वात वेगवान पिकोसेकंद पल्स निर्माण करू शकते, परंतु यात प्रकाश ऊर्जेचा अपव्यय होतो आणि पीक पॉवर सतत चालणाऱ्या प्रकाशाच्या पॉवरपेक्षा जास्त असू शकत नाही. म्हणून, लेझर पल्स निर्माण करण्याचा अधिक कार्यक्षम मार्ग म्हणजे लेझर कॅव्हिटीमध्ये मॉड्युलेशन करणे, ज्यामध्ये पल्स ट्रेनच्या ऑफ-टाइमला ऊर्जा साठवली जाते आणि ऑन-टाइमला ती सोडली जाते. लेझर कॅव्हिटी मॉड्युलेशनद्वारे पल्स निर्माण करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या चार सामान्य पद्धती म्हणजे गेन स्विचिंग, क्यू-स्विचिंग (लॉस स्विचिंग), कॅव्हिटी एम्प्टींग आणि मोड-लॉकिंग.

गेन स्विच पंप पॉवरला मॉड्युलेट करून लहान पल्स निर्माण करतो. उदाहरणार्थ, सेमीकंडक्टर गेन-स्विच्ड लेझर्स करंट मॉड्युलेशनद्वारे काही नॅनोसेकंदांपासून ते शंभर पिकोसेकंदांपर्यंतचे पल्स निर्माण करू शकतात. पल्सची ऊर्जा कमी असली तरी, ही पद्धत खूप लवचिक आहे, जसे की यात समायोज्य पुनरावृत्ती वारंवारता आणि पल्स रुंदी प्रदान केली जाते. २०१८ मध्ये, टोकियो विद्यापीठातील संशोधकांनी फेमटोसेकंद गेन-स्विच्ड सेमीकंडक्टर लेझरची माहिती दिली, जे ४० वर्षांच्या तांत्रिक अडथळ्यावर एक महत्त्वपूर्ण यश ठरले.

तीव्र नॅनोसेकंद पल्स सामान्यतः क्यू-स्विच्ड लेझर्सद्वारे निर्माण केले जातात, जे कॅव्हिटीमध्ये अनेक फेऱ्यांमध्ये उत्सर्जित होतात आणि सिस्टमच्या आकारानुसार पल्सची ऊर्जा काही मिलिजूल ते काही जूलच्या श्रेणीत असते. मध्यम ऊर्जेचे (सामान्यतः १ μJ पेक्षा कमी) पिकोसेकंद आणि फेमटोसेकंद पल्स प्रामुख्याने मोड-लॉक्ड लेझर्सद्वारे निर्माण केले जातात. लेझर रेझोनेटरमध्ये एक किंवा अधिक अतिलघु पल्स असतात जे सतत चक्राकार फिरतात. प्रत्येक इंट्राकॅव्हिटी पल्स आउटपुट कपलिंग मिररमधून एक पल्स प्रसारित करतो आणि त्याची रीफ्रिक्वेन्सी सामान्यतः १० मेगाहर्ट्झ ते १०० गिगाहर्ट्झ दरम्यान असते. खालील आकृती एक पूर्णपणे सामान्य डिस्पर्शन (ANDi) डिसिपेटिव्ह सॉलिटॉन फेमटोसेकंद पल्स दर्शवते.फायबर लेझर उपकरणत्यापैकी बहुतेक थॉरलॅब्सच्या मानक घटकांचा (फायबर, लेन्स, माउंट आणि डिस्प्लेसमेंट टेबल) वापर करून तयार केले जाऊ शकतात.

पोकळी रिकामी करण्याचे तंत्र यासाठी वापरले जाऊ शकतेक्यू-स्विच्ड लेझर्सकमी पुनरावर्तनीयतेसह स्पंद ऊर्जा वाढवण्यासाठी लहान स्पंद मिळवणे आणि मोड-लॉक केलेले लेझर वापरणे.

टाइम डोमेन आणि फ्रिक्वेन्सी डोमेन पल्स
वेळेनुसार पल्सचा रेषीय आकार सामान्यतः तुलनेने सोपा असतो आणि तो गॉसियन आणि sech² फंक्शन्सद्वारे व्यक्त केला जाऊ शकतो. पल्स टाइम (ज्याला पल्स विड्थ असेही म्हणतात) बहुतेकदा हाफ-हाईट विड्थ (FWHM) मूल्याद्वारे व्यक्त केला जातो, म्हणजेच, ती रुंदी ज्यावर ऑप्टिकल पॉवर ही पीक पॉवरच्या किमान अर्धी असते; क्यू-स्विच्ड लेसर नॅनोसेकंद लहान पल्स निर्माण करतो.
मोड-लॉक्ड लेझर्स काही दहा पिकोसेकंद ते फेमटोसेकंदच्या श्रेणीतील अति-लघु स्पंद (USP) निर्माण करतात. उच्च-गती इलेक्ट्रॉनिक्स केवळ काही दहा पिकोसेकंदांपर्यंतच मोजमाप करू शकतात, आणि त्याहून लहान स्पंद केवळ ऑटोकोरिलेटर, फ्रॉग (FROG) आणि स्पायडर (SPIDER) यांसारख्या पूर्णपणे ऑप्टिकल तंत्रज्ञानानेच मोजले जाऊ शकतात. नॅनोसेकंद किंवा त्याहून अधिक लांबीचे स्पंद प्रवास करताना, अगदी लांब अंतरावरही, त्यांच्या स्पंद-रुंदीत क्वचितच बदल करतात, परंतु अति-लघु स्पंदांवर विविध घटकांचा परिणाम होऊ शकतो:

विक्षेपणामुळे पल्समध्ये मोठी रुंदी वाढू शकते, परंतु विरुद्ध विक्षेपणाने ते पुन्हा संकुचित केले जाऊ शकते. खालील आकृती दाखवते की थॉरलाब्ज फेमटोसेकंद पल्स कंप्रेसर मायक्रोस्कोपच्या विक्षेपणाची भरपाई कशी करतो.

नॉनलाइनॅरिटी सामान्यतः पल्स विड्थवर थेट परिणाम करत नाही, परंतु ती बँडविड्थ वाढवते, ज्यामुळे प्रसारणादरम्यान पल्स डिस्पर्शनसाठी अधिक संवेदनशील बनते. मर्यादित बँडविड्थ असलेल्या इतर गेन मीडियासह कोणत्याही प्रकारचा फायबर, बँडविड्थ किंवा अल्ट्रा-शॉर्ट पल्सच्या आकारावर परिणाम करू शकतो आणि बँडविड्थमधील घट वेळेनुसार रुंदी वाढण्यास कारणीभूत ठरू शकते; अशीही प्रकरणे आहेत जिथे स्पेक्ट्रम अरुंद झाल्यावर स्ट्रॉन्गली चिर्प्ड पल्सची पल्स विड्थ लहान होते.