संकीर्ण लाइनविथ लेजर

कुछ लेज़र अनुप्रयोगों के लिए लेज़र की बहुत संकीर्ण लाइनविड्थ, यानी एक संकीर्ण स्पेक्ट्रम की आवश्यकता होती है। संकीर्ण लिनिविथ लेज़र एकल-आवृत्ति लेज़रों को संदर्भित करते हैं, अर्थात, लेज़र मान में एक गुंजयमान गुहा मोड होता है, और चरण शोर बहुत कम होता है, इसलिए वर्णक्रमीय शुद्धता बहुत अधिक होती है। आमतौर पर ऐसे लेज़रों में बहुत कम तीव्रता का शोर होता है।

संकीर्ण लाइनविड्थ लेज़रों के सबसे महत्वपूर्ण प्रकार इस प्रकार हैं:

1. सेमीकंडक्टर लेजर, वितरित फीडबैक लेजर डायोड (डीएफबी लेजर) और वितरित ब्रैग रिफ्लेक्शन लेजर (डीबीआर लेजर) का उपयोग आमतौर पर 1500 या 1000 एनएम क्षेत्र में किया जाता है। विशिष्ट ऑपरेटिंग पैरामीटर दसियों मिलीवाट (कभी-कभी 100 मिलीवाट से अधिक) की आउटपुट पावर और कई मेगाहर्ट्ज की लाइनविड्थ हैं।

2. सेमीकंडक्टर लेजर के साथ संकीर्ण लाइनविड्थ प्राप्त की जा सकती है, उदाहरण के लिए नैरोबैंड फाइबर ब्रैग ग्रेटिंग वाले सिंगल-मोड फाइबर के साथ रेज़ोनेटर का विस्तार करके, या बाहरी कैविटी डायोड लेजर का उपयोग करके। इस पद्धति का उपयोग करके, कई kHz या 1kHz से भी कम की अति-संकीर्ण लाइनविड्थ प्राप्त की जा सकती है।

3. छोटे वितरित फीडबैक फाइबर लेजर (विशेष फाइबर ब्रैग झंझरी से बने अनुनादक) किलोहर्ट्ज रेंज में लाइनविड्थ के साथ दसियों मिलीवाट की आउटपुट पावर उत्पन्न कर सकते हैं।

4. गैर-प्लानर रिंग रेज़ोनेटर के साथ डायोड-पंप सॉलिड-स्टेट बॉडी लेजर भी कई किलोहर्ट्ज़ की लाइनविड्थ प्राप्त कर सकते हैं, जबकि आउटपुट पावर 1W के क्रम पर अपेक्षाकृत अधिक है। यद्यपि एक सामान्य तरंग दैर्ध्य 1064 एनएम है, अन्य तरंग दैर्ध्य क्षेत्र जैसे 1300 या 1500 एनएम भी संभव हैं।

लेज़रों की संकीर्ण लाइनविड्थ को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक

बहुत संकीर्ण विकिरण बैंडविड्थ (लाइनविड्थ) के साथ लेजर प्राप्त करने के लिए, लेजर डिजाइन में निम्नलिखित कारकों पर विचार करने की आवश्यकता है:

सबसे पहले, एकल-आवृत्ति ऑपरेशन को प्राप्त करने की आवश्यकता है। यह एक छोटे लाभ बैंडविड्थ और एक छोटी लेजर गुहा (परिणामस्वरूप एक बड़ी मुक्त वर्णक्रमीय सीमा) के साथ एक लाभ माध्यम का उपयोग करके आसानी से प्राप्त किया जाता है। लक्ष्य मोड हॉपिंग के बिना दीर्घकालिक स्थिर एकल-आवृत्ति संचालन होना चाहिए।

दूसरा, बाहरी शोर के प्रभाव को कम करना होगा। इसके लिए एक स्थिर अनुनादक सेटअप (मोनोक्रोम), या यांत्रिक कंपन के विरुद्ध विशेष सुरक्षा की आवश्यकता होती है। विद्युत रूप से पंप किए गए लेजर को कम शोर वाले वर्तमान या वोल्टेज स्रोतों का उपयोग करने की आवश्यकता होती है, जबकि वैकल्पिक रूप से पंप किए गए लेजर को पंप प्रकाश स्रोत के रूप में कम तीव्रता वाले शोर की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, सभी फीडबैक प्रकाश तरंगों से बचना चाहिए, उदाहरण के लिए फैराडे आइसोलेटर्स का उपयोग करना। सिद्धांत रूप में, बाहरी शोर का आंतरिक शोर की तुलना में कम प्रभाव होता है, जैसे कि लाभ माध्यम में सहज उत्सर्जन। शोर आवृत्ति अधिक होने पर इसे प्राप्त करना आसान है, लेकिन जब शोर आवृत्ति कम होती है तो लाइनविड्थ पर प्रभाव सबसे महत्वपूर्ण होता है।

तीसरा, लेज़र शोर, विशेषकर चरण शोर को कम करने के लिए लेज़र डिज़ाइन को अनुकूलित करने की आवश्यकता है। उच्च इंट्राकैविटी पावर और लंबे रेज़ोनेटर को प्राथमिकता दी जाती है, हालांकि इस मामले में स्थिर एकल-आवृत्ति संचालन हासिल करना अधिक कठिन है।

सिस्टम अनुकूलन के लिए विभिन्न शोर स्रोतों के महत्व की समझ की आवश्यकता होती है, क्योंकि प्रमुख शोर स्रोत के आधार पर विभिन्न मापों की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, यदि वास्तविक लाइनविड्थ यांत्रिक शोर द्वारा निर्धारित किया जाता है, तो शॉलो-टाउनेस समीकरण के अनुसार न्यूनतम लाइनविड्थ आवश्यक रूप से वास्तविक लाइनविड्थ को कम नहीं करता है।

शोर विशेषताएँ और प्रदर्शन विशिष्टताएँ।

संकीर्ण लाइनविड्थ लेज़रों की शोर विशेषताएँ और प्रदर्शन मेट्रिक्स दोनों ही तुच्छ मुद्दे हैं। प्रविष्टि लाइनविड्थ में विभिन्न माप तकनीकों पर चर्चा की गई है, विशेष रूप से कुछ किलोहर्ट्ज़ या उससे कम की लाइनविड्थ की मांग है। इसके अलावा, केवल लाइनविड्थ मान पर विचार करने से सभी शोर विशेषताएँ नहीं मिल सकती हैं; संपूर्ण चरण शोर स्पेक्ट्रम, साथ ही सापेक्ष तीव्रता शोर की जानकारी देना आवश्यक है। लाइनविड्थ मान को कम से कम माप समय, या अन्य जानकारी के साथ जोड़ा जाना चाहिए जो दीर्घकालिक आवृत्ति बहाव को ध्यान में रखता है।

बेशक, अलग-अलग अनुप्रयोगों की अलग-अलग आवश्यकताएं होती हैं, और अलग-अलग वास्तविक स्थितियों में शोर प्रदर्शन सूचकांक के किस स्तर पर विचार करने की आवश्यकता होती है।

नैरो लाइनविड्थ लेजर के अनुप्रयोग

1. सेंसिंग के क्षेत्र में एक बहुत ही महत्वपूर्ण अनुप्रयोग है, जैसे दबाव या तापमान फाइबर ऑप्टिक सेंसर, विभिन्न इंटरफेरोमीटर सेंसिंग, गैस का पता लगाने और ट्रैक करने के लिए विभिन्न अवशोषण LIDAR का उपयोग करना और हवा की गति को मापने के लिए डॉपलर LIDAR का उपयोग करना। कुछ फ़ाइबर ऑप्टिक सेंसरों को कई kHz की लेज़र लाइनविड्थ की आवश्यकता होती है, जबकि LIDAT माप में, 100kHz लाइनविड्थ पर्याप्त होती है।

2. ऑप्टिकल आवृत्ति माप के लिए बहुत संकीर्ण स्रोत लाइनविड्थ की आवश्यकता होती है, जिसे प्राप्त करने के लिए स्थिरीकरण तकनीकों की आवश्यकता होती है।

3. ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणालियों में लाइन की चौड़ाई पर अपेक्षाकृत ढीली आवश्यकताएं होती हैं, और मुख्य रूप से ट्रांसमीटरों या पता लगाने या माप के लिए उपयोग की जाती हैं।