നാരോ ലൈൻവിഡ്ത്ത് ലേസർ സാങ്കേതികവിദ്യ ഭാഗം ഒന്ന്

ഇന്ന്, നമ്മൾ ഒരു "മോണോക്രോമാറ്റിക്" ലേസർ അവതരിപ്പിക്കും - ഇടുങ്ങിയ ലൈൻവിഡ്ത്ത് ലേസർ. ലേസറിന്റെ പല ആപ്ലിക്കേഷൻ ഫീൽഡുകളിലെയും വിടവുകൾ അതിന്റെ ആവിർഭാവം നികത്തുന്നു, കൂടാതെ സമീപ വർഷങ്ങളിൽ ഗുരുത്വാകർഷണ തരംഗ കണ്ടെത്തൽ, ലിഡാർ, ഡിസ്ട്രിബ്യൂട്ടഡ് സെൻസിംഗ്, ഹൈ-സ്പീഡ് കോഹെറന്റ് ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ, മറ്റ് മേഖലകൾ എന്നിവയിൽ ഇത് വ്യാപകമായി ഉപയോഗിച്ചുവരുന്നു, ഇത് ലേസർ പവർ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിലൂടെ മാത്രം പൂർത്തിയാക്കാൻ കഴിയാത്ത ഒരു "ദൗത്യം" ആണ്.

നാരോ ലൈൻവിഡ്ത്ത് ലേസർ എന്താണ്?

"ലൈൻ വീതി" എന്ന പദം ഫ്രീക്വൻസി ഡൊമെയ്‌നിലെ ലേസറിന്റെ സ്പെക്ട്രൽ ലൈൻ വീതിയെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് സാധാരണയായി സ്പെക്ട്രത്തിന്റെ പകുതി-പീക്ക് പൂർണ്ണ വീതി (FWHM) അടിസ്ഥാനത്തിലാണ് അളക്കുന്നത്. ഉത്തേജിത ആറ്റങ്ങളുടെയോ അയോണുകളുടെയോ സ്വയമേവയുള്ള വികിരണം, ഘട്ടം ശബ്ദം, റെസൊണേറ്ററിന്റെ മെക്കാനിക്കൽ വൈബ്രേഷൻ, താപനില കുലുക്കം, മറ്റ് ബാഹ്യ ഘടകങ്ങൾ എന്നിവയാണ് ലൈൻ വീതിയെ പ്രധാനമായും ബാധിക്കുന്നത്. രേഖയുടെ വീതിയുടെ മൂല്യം കുറയുന്തോറും സ്പെക്ട്രത്തിന്റെ പരിശുദ്ധി വർദ്ധിക്കും, അതായത്, ലേസറിന്റെ മോണോക്രോമാറ്റിറ്റി മെച്ചപ്പെടും. അത്തരം സ്വഭാവസവിശേഷതകളുള്ള ലേസറുകൾക്ക് സാധാരണയായി ഘട്ടം അല്ലെങ്കിൽ ആവൃത്തി ശബ്ദവും വളരെ കുറച്ച് ആപേക്ഷിക തീവ്രത ശബ്ദവും മാത്രമേ ഉണ്ടാകൂ. അതേസമയം, ലേസറിന്റെ രേഖീയ വീതി മൂല്യം ചെറുതാകുമ്പോൾ, അനുബന്ധ കോഹറൻസ് ശക്തമാകും, ഇത് വളരെ നീണ്ട കോഹറൻസ് നീളമായി പ്രകടമാകുന്നു.

നാരോ ലൈൻവിഡ്ത്ത് ലേസറിന്റെ സാക്ഷാത്കാരവും പ്രയോഗവും

ലേസറിന്റെ പ്രവർത്തന പദാർത്ഥത്തിന്റെ അന്തർലീനമായ ഗെയിൻ ലൈൻവിഡ്ത്ത് പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നതിനാൽ, പരമ്പരാഗത ഓസിലേറ്ററിനെ തന്നെ ആശ്രയിച്ച് നാരോ ലൈൻവിഡ്ത്ത് ലേസറിന്റെ ഔട്ട്പുട്ട് നേരിട്ട് മനസ്സിലാക്കുന്നത് മിക്കവാറും അസാധ്യമാണ്. നാരോ ലൈൻവിഡ്ത്ത് ലേസറിന്റെ പ്രവർത്തനം സാക്ഷാത്കരിക്കുന്നതിന്, ഗെയിൻ സ്പെക്ട്രത്തിലെ രേഖാംശ മോഡുലസ് പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നതിനോ തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നതിനോ, രേഖാംശ മോഡുകൾക്കിടയിലുള്ള നെറ്റ് ഗെയിൻ വ്യത്യാസം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനോ സാധാരണയായി ഫിൽട്ടറുകൾ, ഗ്രേറ്റിംഗ്, മറ്റ് ഉപകരണങ്ങൾ എന്നിവ ഉപയോഗിക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്, അങ്ങനെ ലേസർ റെസൊണേറ്ററിൽ കുറച്ച് അല്ലെങ്കിൽ ഒരു രേഖാംശ മോഡ് ആന്ദോളനം മാത്രമേ ഉണ്ടാകൂ. ഈ പ്രക്രിയയിൽ, ലേസർ ഔട്ട്പുട്ടിൽ ശബ്ദത്തിന്റെ സ്വാധീനം നിയന്ത്രിക്കേണ്ടതും ബാഹ്യ പരിസ്ഥിതിയുടെ വൈബ്രേഷനും താപനില മാറ്റങ്ങളും മൂലമുണ്ടാകുന്ന സ്പെക്ട്രൽ ലൈനുകളുടെ വിശാലത കുറയ്ക്കുന്നതും പലപ്പോഴും ആവശ്യമാണ്; അതേസമയം, നാരോ ലൈൻവിഡ്ത്ത് ലേസറിന്റെ സ്ഥിരതയുള്ള ഔട്ട്പുട്ട് നേടുന്നതിന്, ഫേസ് അല്ലെങ്കിൽ ഫ്രീക്വൻസി നോയ്‌സ് സ്പെക്ട്രൽ സാന്ദ്രതയുടെ വിശകലനവുമായി ഇത് സംയോജിപ്പിക്കാനും കഴിയും.

വിവിധ തരം ലേസറുകളുടെ നാരോ ലൈൻവിഡ്ത്ത് പ്രവർത്തനത്തിന്റെ യാഥാർത്ഥ്യം നമുക്ക് നോക്കാം.

(1)സെമികണ്ടക്ടർ ലേസർ

സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറുകൾക്ക് ഒതുക്കമുള്ള വലിപ്പം, ഉയർന്ന കാര്യക്ഷമത, ദീർഘായുസ്സ്, സാമ്പത്തിക നേട്ടങ്ങൾ എന്നിവയുടെ ഗുണങ്ങളുണ്ട്.

പരമ്പരാഗതമായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഫാബ്രി-പെറോട്ട് (FP) ഒപ്റ്റിക്കൽ റെസൊണേറ്റർസെമികണ്ടക്ടർ ലേസറുകൾസാധാരണയായി മൾട്ടി-ലോഞ്ചിറ്റിയൂഡിനൽ മോഡിൽ ആന്ദോളനം ചെയ്യുന്നു, കൂടാതെ ഔട്ട്‌പുട്ട് ലൈൻ വീതി താരതമ്യേന വീതിയുള്ളതാണ്, അതിനാൽ നാരോ ലൈൻ വീതിയുടെ ഔട്ട്‌പുട്ട് ലഭിക്കുന്നതിന് ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫീഡ്‌ബാക്ക് വർദ്ധിപ്പിക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്.

ഡിസ്ട്രിബ്യൂട്ടഡ് ഫീഡ്‌ബാക്ക് (DFB) ഉം ഡിസ്ട്രിബ്യൂട്ടഡ് ബ്രാഗ് റിഫ്ലക്ഷൻ (DBR) ഉം രണ്ട് സാധാരണ ആന്തരിക ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫീഡ്‌ബാക്ക് സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറുകളാണ്. ചെറിയ ഗ്രേറ്റിംഗ് പിച്ചും നല്ല തരംഗദൈർഘ്യ സെലക്റ്റിവിറ്റിയും കാരണം, സ്ഥിരതയുള്ള സിംഗിൾ-ഫ്രീക്വൻസി നാരോ ലൈൻവിഡ്ത്ത് ഔട്ട്‌പുട്ട് നേടാൻ എളുപ്പമാണ്. രണ്ട് ഘടനകൾ തമ്മിലുള്ള പ്രധാന വ്യത്യാസം ഗ്രേറ്റിംഗിന്റെ സ്ഥാനമാണ്: DFB ഘടന സാധാരണയായി ബ്രാഗ് ഗ്രേറ്റിംഗിന്റെ ആനുകാലിക ഘടനയെ റെസൊണേറ്ററിലുടനീളം വിതരണം ചെയ്യുന്നു, കൂടാതെ DBR ന്റെ റെസൊണേറ്ററിൽ സാധാരണയായി റിഫ്ലക്ഷൻ ഗ്രേറ്റിംഗ് ഘടനയും അവസാന പ്രതലത്തിൽ സംയോജിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ഗെയിൻ മേഖലയും അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. കൂടാതെ, DFB ലേസറുകൾ കുറഞ്ഞ റിഫ്രാക്റ്റീവ് സൂചിക കോൺട്രാസ്റ്റും കുറഞ്ഞ റിഫ്ലെക്റ്റിവിറ്റിയും ഉള്ള എംബഡഡ് ഗ്രേറ്റിംഗുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഉയർന്ന റിഫ്രാക്റ്റീവ് സൂചിക കോൺട്രാസ്റ്റും ഉയർന്ന റിഫ്ലെക്റ്റിവിറ്റിയും ഉള്ള സർഫസ് ഗ്രേറ്റിംഗുകൾ DBR ലേസറുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. രണ്ട് ഘടനകൾക്കും വലിയ ഫ്രീ സ്പെക്ട്രൽ ശ്രേണിയുണ്ട്, കൂടാതെ കുറച്ച് നാനോമീറ്ററുകളുടെ പരിധിയിൽ മോഡ് ജമ്പ് ഇല്ലാതെ തരംഗദൈർഘ്യ ട്യൂണിംഗ് നടത്താൻ കഴിയും, ഇവിടെ DBR ലേസറിന്DFB ലേസർ. കൂടാതെ, സെമികണ്ടക്ടർ ലേസർ ചിപ്പിന്റെ ഔട്ട്‌ഗോയിംഗ് പ്രകാശത്തെ ഫീഡ്‌ബാക്ക് ചെയ്യുന്നതിനും ഫ്രീക്വൻസി തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നതിനും ബാഹ്യ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഘടകങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന എക്സ്റ്റേണൽ കാവിറ്റി ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫീഡ്‌ബാക്ക് സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറിന്റെ ഇടുങ്ങിയ ലൈൻവിഡ്ത്ത് പ്രവർത്തനം മനസ്സിലാക്കാനും കഴിയും.

(2) ഫൈബർ ലേസറുകൾ

ഫൈബർ ലേസറുകൾക്ക് ഉയർന്ന പമ്പ് കൺവേർഷൻ കാര്യക്ഷമത, നല്ല ബീം ഗുണനിലവാരം, ഉയർന്ന കപ്ലിംഗ് കാര്യക്ഷമത എന്നിവയുണ്ട്, ഇവയാണ് ലേസർ മേഖലയിലെ ചൂടുള്ള ഗവേഷണ വിഷയങ്ങൾ. വിവരയുഗത്തിന്റെ പശ്ചാത്തലത്തിൽ, ഫൈബർ ലേസറുകൾക്ക് വിപണിയിലെ നിലവിലുള്ള ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റങ്ങളുമായി നല്ല പൊരുത്തമുണ്ട്. ഇടുങ്ങിയ ലൈൻ വീതി, കുറഞ്ഞ ശബ്ദം, നല്ല കോഹറൻസ് എന്നിവയുടെ ഗുണങ്ങളുള്ള സിംഗിൾ-ഫ്രീക്വൻസി ഫൈബർ ലേസർ അതിന്റെ വികസനത്തിന്റെ പ്രധാന ദിശകളിൽ ഒന്നായി മാറിയിരിക്കുന്നു.

ഇടുങ്ങിയ ലൈൻ-വിഡ്ത്ത് ഔട്ട്‌പുട്ട് നേടുന്നതിന് ഫൈബർ ലേസറിന്റെ കാതൽ സിംഗിൾ ലോഞ്ചിറ്റ്യൂഡിനൽ മോഡ് ഓപ്പറേഷനാണ്, സാധാരണയായി സിംഗിൾ ഫ്രീക്വൻസി ഫൈബർ ലേസറിന്റെ റെസൊണേറ്ററിന്റെ ഘടന അനുസരിച്ച് DFB തരം, DBR തരം, റിംഗ് തരം എന്നിങ്ങനെ വിഭജിക്കാം.അവയിൽ, DFB, DBR സിംഗിൾ-ഫ്രീക്വൻസി ഫൈബർ ലേസറുകളുടെ പ്രവർത്തന തത്വം DFB, DBR സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറുകളുടേതിന് സമാനമാണ്.

ചിത്രം 1-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, DFB ഫൈബർ ലേസർ വിതരണം ചെയ്ത ബ്രാഗ് ഗ്രേറ്റിംഗ് ഫൈബറിലേക്ക് എഴുതണം. ഓസിലേറ്ററിന്റെ പ്രവർത്തന തരംഗദൈർഘ്യത്തെ ഫൈബർ പിരീഡ് ബാധിക്കുന്നതിനാൽ, ഗ്രേറ്റിംഗിന്റെ വിതരണം ചെയ്ത ഫീഡ്‌ബാക്ക് വഴി രേഖാംശ മോഡ് തിരഞ്ഞെടുക്കാം. DBR ലേസറിന്റെ ലേസർ റെസൊണേറ്റർ സാധാരണയായി ഒരു ജോടി ഫൈബർ ബ്രാഗ് ഗ്രേറ്റിംഗുകൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് രൂപപ്പെടുന്നത്, കൂടാതെ സിംഗിൾ രേഖാംശ മോഡ് പ്രധാനമായും തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നത് ഇടുങ്ങിയ ബാൻഡും കുറഞ്ഞ പ്രതിഫലനശേഷിയുള്ള ഫൈബർ ബ്രാഗ് ഗ്രേറ്റിംഗുകളുമാണ്. എന്നിരുന്നാലും, അതിന്റെ നീണ്ട റെസൊണേറ്റർ, സങ്കീർണ്ണമായ ഘടന, ഫലപ്രദമായ ഫ്രീക്വൻസി ഡിസ്ക്രിമിനേഷൻ മെക്കാനിസത്തിന്റെ അഭാവം എന്നിവ കാരണം, റിംഗ് ആകൃതിയിലുള്ള അറ മോഡ് ഹോപ്പിംഗിന് സാധ്യതയുണ്ട്, കൂടാതെ സ്ഥിരമായ രേഖാംശ മോഡിൽ വളരെക്കാലം സ്ഥിരമായി പ്രവർത്തിക്കാൻ പ്രയാസമാണ്.

ചിത്രം 1, സിംഗിൾ ഫ്രീക്വൻസിയുടെ രണ്ട് സാധാരണ രേഖീയ ഘടനകൾഫൈബർ ലേസറുകൾ