સાંકડી લાઇનવિડ્થ લેસર ટેકનોલોજી ભાગ એક

આજે, આપણે એક "મોનોક્રોમેટિક" લેસરનો પરિચય આપીશું - સાંકડી લાઇનવિડ્થ લેસર. તેનો ઉદભવ લેસરના ઘણા એપ્લિકેશન ક્ષેત્રોમાં ખાલી જગ્યાઓ ભરે છે, અને તાજેતરના વર્ષોમાં ગુરુત્વાકર્ષણ તરંગ શોધ, liDAR, વિતરિત સેન્સિંગ, હાઇ-સ્પીડ કોઓર્ડેન્ટ ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે, જે એક "મિશન" છે જે ફક્ત લેસર પાવરમાં સુધારો કરીને પૂર્ણ કરી શકાતું નથી.

સાંકડી લાઇનવિડ્થ લેસર શું છે?

"રેખા પહોળાઈ" શબ્દ ફ્રીક્વન્સી ડોમેનમાં લેસરની સ્પેક્ટ્રલ લાઇન પહોળાઈનો ઉલ્લેખ કરે છે, જે સામાન્ય રીતે સ્પેક્ટ્રમની અર્ધ-શિખર પૂર્ણ પહોળાઈ (FWHM) ના સંદર્ભમાં માપવામાં આવે છે. લાઇન પહોળાઈ મુખ્યત્વે ઉત્તેજિત અણુઓ અથવા આયનોના સ્વયંભૂ કિરણોત્સર્ગ, તબક્કા અવાજ, રેઝોનેટરના યાંત્રિક કંપન, તાપમાનનો ધ્રુજારી અને અન્ય બાહ્ય પરિબળોથી પ્રભાવિત થાય છે. રેખા પહોળાઈનું મૂલ્ય જેટલું નાનું હશે, સ્પેક્ટ્રમની શુદ્ધતા જેટલી વધારે હશે, એટલે કે, લેસરની મોનોક્રોમેટિકિટી તેટલી સારી હશે. આવી લાક્ષણિકતાઓ ધરાવતા લેસરોમાં સામાન્ય રીતે ખૂબ જ ઓછો ફેઝ અથવા ફ્રીક્વન્સી અવાજ અને ખૂબ જ ઓછો સંબંધિત તીવ્રતાનો અવાજ હોય ​​છે. તે જ સમયે, લેસરની રેખીય પહોળાઈ મૂલ્ય જેટલી નાની હશે, તે જ સમયે અનુરૂપ સુસંગતતા વધુ મજબૂત હશે, જે અત્યંત લાંબી સુસંગતતા લંબાઈ તરીકે પ્રગટ થાય છે.

સાંકડી લાઇનવિડ્થ લેસરની અનુભૂતિ અને ઉપયોગ

લેસરના કાર્યકારી પદાર્થની અંતર્ગત ગેઇન લાઇનવિડ્થ દ્વારા મર્યાદિત, પરંપરાગત ઓસિલેટર પર આધાર રાખીને સાંકડી લાઇનવિડ્થ લેસરના આઉટપુટને સીધા પ્રાપ્ત કરવું લગભગ અશક્ય છે. સાંકડી લાઇનવિડ્થ લેસરના સંચાલનને સાકાર કરવા માટે, ગેઇન સ્પેક્ટ્રમમાં રેખાંશ મોડ્યુલસને મર્યાદિત કરવા અથવા પસંદ કરવા માટે, રેખાંશ મોડ્સ વચ્ચે ચોખ્ખા ગેઇન તફાવતને વધારવા માટે સામાન્ય રીતે ફિલ્ટર્સ, ગ્રેટિંગ અને અન્ય ઉપકરણોનો ઉપયોગ કરવો જરૂરી છે, જેથી લેસર રેઝોનેટરમાં થોડા અથવા ફક્ત એક જ રેખાંશ મોડ ઓસિલેશન હોય. આ પ્રક્રિયામાં, લેસર આઉટપુટ પર અવાજના પ્રભાવને નિયંત્રિત કરવો અને બાહ્ય વાતાવરણના કંપન અને તાપમાનમાં ફેરફારને કારણે સ્પેક્ટ્રલ લાઇનોના વિસ્તરણને ઓછું કરવું ઘણીવાર જરૂરી છે; તે જ સમયે, અવાજના સ્ત્રોતને સમજવા અને લેસરની ડિઝાઇનને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે તેને તબક્કા અથવા આવર્તન અવાજ સ્પેક્ટ્રલ ઘનતાના વિશ્લેષણ સાથે પણ જોડી શકાય છે, જેથી સાંકડી લાઇનવિડ્થ લેસરનું સ્થિર આઉટપુટ પ્રાપ્ત કરી શકાય.

ચાલો લેસરોની વિવિધ શ્રેણીઓના સાંકડી લાઇનવિડ્થ ઓપરેશનના અમલીકરણ પર એક નજર કરીએ.

(૧)સેમિકન્ડક્ટર લેસર

સેમિકન્ડક્ટર લેસરોમાં કોમ્પેક્ટ કદ, ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા, લાંબુ જીવન અને આર્થિક લાભોના ફાયદા છે.

પરંપરાગત રીતે વપરાતો ફેબ્રી-પેરોટ (FP) ઓપ્ટિકલ રેઝોનેટરસેમિકન્ડક્ટર લેસરોસામાન્ય રીતે બહુ-રેખાંશ મોડમાં ઓસીલેટ થાય છે, અને આઉટપુટ લાઇન પહોળાઈ પ્રમાણમાં પહોળી હોય છે, તેથી સાંકડી લાઇન પહોળાઈનું આઉટપુટ મેળવવા માટે ઓપ્ટિકલ પ્રતિસાદ વધારવો જરૂરી છે.

ડિસ્ટ્રિબ્યુટેડ ફીડબેક (DFB) અને ડિસ્ટ્રિબ્યુટેડ બ્રેગ રિફ્લેક્શન (DBR) બે લાક્ષણિક આંતરિક ઓપ્ટિકલ ફીડબેક સેમિકન્ડક્ટર લેસરો છે. નાના ગ્રેટિંગ પિચ અને સારી તરંગલંબાઇ પસંદગીને કારણે, સ્થિર સિંગલ-ફ્રીક્વન્સી સાંકડી લાઇનવિડ્થ આઉટપુટ પ્રાપ્ત કરવું સરળ છે. બે રચનાઓ વચ્ચેનો મુખ્ય તફાવત ગ્રેટિંગની સ્થિતિ છે: DFB માળખું સામાન્ય રીતે સમગ્ર રેઝોનેટરમાં બ્રેગ ગ્રેટિંગની સામયિક રચનાનું વિતરણ કરે છે, અને DBR નો રેઝોનેટર સામાન્ય રીતે પ્રતિબિંબ ગ્રેટિંગ માળખું અને અંતિમ સપાટીમાં સંકલિત ગેઇન ક્ષેત્રથી બનેલો હોય છે. વધુમાં, DFB લેસરો ઓછા રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ કોન્ટ્રાસ્ટ અને ઓછી પરાવર્તકતા સાથે એમ્બેડેડ ગ્રેટિંગનો ઉપયોગ કરે છે. DBR લેસરો ઉચ્ચ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ કોન્ટ્રાસ્ટ અને ઉચ્ચ પરાવર્તકતા સાથે સપાટી ગ્રેટિંગનો ઉપયોગ કરે છે. બંને રચનાઓમાં મોટી મુક્ત સ્પેક્ટ્રલ શ્રેણી હોય છે અને થોડા નેનોમીટરની શ્રેણીમાં મોડ જમ્પ વિના તરંગલંબાઇ ટ્યુનિંગ કરી શકે છે, જ્યાં DBR લેસરમાં તરંગલંબાઇ ટ્યુનિંગ શ્રેણી કરતાં વધુ વિશાળ ટ્યુનિંગ શ્રેણી હોય છે.DFB લેસર. વધુમાં, બાહ્ય પોલાણ ઓપ્ટિકલ પ્રતિસાદ તકનીક, જે સેમિકન્ડક્ટર લેસર ચિપના આઉટગોઇંગ પ્રકાશને પ્રતિસાદ આપવા અને આવર્તન પસંદ કરવા માટે બાહ્ય ઓપ્ટિકલ તત્વોનો ઉપયોગ કરે છે, તે સેમિકન્ડક્ટર લેસરની સાંકડી લાઇનવિડ્થ કામગીરીને પણ સાકાર કરી શકે છે.

(2) ફાઇબર લેસરો

ફાઇબર લેસરોમાં ઉચ્ચ પંપ રૂપાંતર કાર્યક્ષમતા, સારી બીમ ગુણવત્તા અને ઉચ્ચ જોડાણ કાર્યક્ષમતા હોય છે, જે લેસર ક્ષેત્રમાં ચર્ચાનો વિષય છે. માહિતી યુગના સંદર્ભમાં, ફાઇબર લેસર બજારમાં વર્તમાન ઓપ્ટિકલ ફાઇબર સંચાર પ્રણાલીઓ સાથે સારી સુસંગતતા ધરાવે છે. સાંકડી રેખા પહોળાઈ, ઓછો અવાજ અને સારી સુસંગતતાના ફાયદાઓ સાથે સિંગલ-ફ્રીક્વન્સી ફાઇબર લેસર તેના વિકાસની મહત્વપૂર્ણ દિશાઓમાંની એક બની ગયું છે.

સાંકડી લાઇન-પહોળાઈ આઉટપુટ પ્રાપ્ત કરવા માટે સિંગલ લોન્ગીટ્યુડિનલ મોડ ઓપરેશન એ ફાઇબર લેસરનો મુખ્ય ભાગ છે, સામાન્ય રીતે સિંગલ ફ્રીક્વન્સી ફાઇબર લેસરના રેઝોનેટરની રચના અનુસાર તેને DFB પ્રકાર, DBR પ્રકાર અને રિંગ પ્રકારમાં વિભાજિત કરી શકાય છે. તેમાંથી, DFB અને DBR સિંગલ-ફ્રિકવન્સી ફાઇબર લેસરનો કાર્યકારી સિદ્ધાંત DFB અને DBR સેમિકન્ડક્ટર લેસર જેવો જ છે.

આકૃતિ 1 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, DFB ફાઇબર લેસરનો ઉપયોગ ફાઇબરમાં વિતરિત બ્રેગ ગ્રેટિંગ લખવા માટે થાય છે. કારણ કે ઓસિલેટરની કાર્યકારી તરંગલંબાઇ ફાઇબર સમયગાળાથી પ્રભાવિત થાય છે, તેથી ગ્રેટિંગના વિતરિત પ્રતિસાદ દ્વારા રેખાંશ મોડ પસંદ કરી શકાય છે. DBR લેસરનો લેસર રેઝોનેટર સામાન્ય રીતે ફાઇબર બ્રેગ ગ્રેટિંગ્સની જોડી દ્વારા બનાવવામાં આવે છે, અને સિંગલ રેખાંશ મોડ મુખ્યત્વે સાંકડી બેન્ડ અને ઓછી પ્રતિબિંબિતતા ફાઇબર બ્રેગ ગ્રેટિંગ દ્વારા પસંદ કરવામાં આવે છે. જો કે, તેના લાંબા રેઝોનેટર, જટિલ રચના અને અસરકારક આવર્તન ભેદભાવ પદ્ધતિના અભાવને કારણે, રિંગ-આકારની પોલાણ મોડ હોપિંગ માટે સંવેદનશીલ હોય છે, અને લાંબા સમય સુધી સતત રેખાંશ મોડમાં સ્થિર રીતે કામ કરવું મુશ્કેલ છે.

આકૃતિ 1, સિંગલ ફ્રીક્વન્સીના બે લાક્ષણિક રેખીય માળખાંફાઇબર લેસરો