துடிப்புள்ள லேசர்களின் கண்ணோட்டம்

கண்ணோட்டம்துடிப்புள்ள லேசர்கள்

உருவாக்குவதற்கான மிகவும் நேரடியான வழிலேசர்துடிப்புகளை உருவாக்குவதற்கான ஒரு வழி, தொடர்ச்சியான லேசரின் வெளிப்புறத்தில் ஒரு மாடுலேட்டரைச் சேர்ப்பதாகும். இந்த முறை எளிமையானதாக இருந்தாலும், மிக வேகமான பிக்கோசெகண்ட் துடிப்பை உருவாக்க முடியும். ஆனால் இது ஒளி ஆற்றலை வீணாக்குவதோடு, அதன் உச்சபட்ச ஆற்றல் தொடர்ச்சியான ஒளியின் ஆற்றலை விட அதிகமாக இருக்க முடியாது. எனவே, லேசர் துடிப்புகளை உருவாக்குவதற்கான மிகவும் திறமையான வழி, லேசர் குழிக்குள் மாடுலேட் செய்வதாகும். இதன் மூலம், துடிப்புத் தொடரின் ஓய்வு நேரத்தில் ஆற்றலைச் சேமித்து, அதன் தொடக்க நேரத்தில் வெளியிடலாம். லேசர் குழி மாடுலேஷன் மூலம் துடிப்புகளை உருவாக்கப் பயன்படுத்தப்படும் நான்கு பொதுவான நுட்பங்கள்: கெயின் ஸ்விட்சிங், க்யூ-ஸ்விட்சிங் (லாஸ் ஸ்விட்சிங்), குழி காலி செய்தல் மற்றும் மோட்-லாக்கிங்.

கெயின் ஸ்விட்ச், பம்ப் ஆற்றலை மாடுலேட் செய்வதன் மூலம் குறுகிய துடிப்புகளை உருவாக்குகிறது. உதாரணமாக, குறைக்கடத்தி கெயின்-ஸ்விட்ச்டு லேசர்கள், மின்னோட்ட மாடுலேஷன் மூலம் சில நானோநொடிகள் முதல் நூறு பிக்கோநொடிகள் வரையிலான துடிப்புகளை உருவாக்க முடியும். துடிப்பு ஆற்றல் குறைவாக இருந்தாலும், சரிசெய்யக்கூடிய மறுநிகழ்வு அதிர்வெண் மற்றும் துடிப்பு அகலம் போன்றவற்றை வழங்கும் இந்த முறை மிகவும் நெகிழ்வானது. 2018-ல், டோக்கியோ பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு ஃபெம்டோநொடி கெயின்-ஸ்விட்ச்டு குறைக்கடத்தி லேசரைக் கண்டுபிடித்ததாக அறிவித்தனர், இது 40 ஆண்டுகால தொழில்நுட்பத் தேக்கநிலையில் ஒரு திருப்புமுனையாக அமைந்தது.

வலிமையான நானோநொடித் துடிப்புகள் பொதுவாக Q-ஸ்விட்ச் செய்யப்பட்ட லேசர்களால் உருவாக்கப்படுகின்றன. இவை குழிக்குள் பல சுற்றுப் பயணங்களில் உமிழப்படுகின்றன, மேலும் அமைப்பின் அளவைப் பொறுத்து, துடிப்பின் ஆற்றல் பல மில்லிஜூல்கள் முதல் பல ஜூல்கள் வரையிலான வரம்பில் இருக்கும். நடுத்தர ஆற்றல் (பொதுவாக 1 μJ-க்குக் கீழ்) கொண்ட பிக்கோநொடி மற்றும் ஃபெம்டோநொடித் துடிப்புகள் முக்கியமாக மோட்-லாக் செய்யப்பட்ட லேசர்களால் உருவாக்கப்படுகின்றன. லேசர் அதிர்வுக்கலனில் தொடர்ச்சியாகச் சுழலும் ஒன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட மீச்சிறு துடிப்புகள் உள்ளன. ஒவ்வொரு குழிக்குள்ளான துடிப்பும் வெளியீட்டு இணைப்புக் கண்ணாடி வழியாக ஒரு துடிப்பை அனுப்புகிறது, மேலும் அதன் மறுஅதிர்வெண் பொதுவாக 10 MHz மற்றும் 100 GHz-க்கு இடையில் இருக்கும். கீழேயுள்ள படம் ஒரு முழுமையான இயல்புப் பரவல் (ANDi) சிதைவுறும் சாலிடான் ஃபெம்டோநொடித் துடிப்பைக் காட்டுகிறது.ஃபைபர் லேசர் சாதனம்அவற்றில் பெரும்பாலானவற்றை தோர்லாப்ஸின் நிலையான பாகங்களைப் (ஃபைபர், லென்ஸ், மவுண்ட் மற்றும் டிஸ்பிளேஸ்மென்ட் டேபிள்) பயன்படுத்தி உருவாக்க முடியும்.

குழி காலி செய்யும் நுட்பத்தை இதற்காகப் பயன்படுத்தலாம்Q-ஸ்விட்ச் செய்யப்பட்ட லேசர்கள்குறைந்த அதிர்வெண்ணுடன் துடிப்பு ஆற்றலை அதிகரிக்க, குறுகிய துடிப்புகளையும் மோட்-லாக்டு லேசர்களையும் பெறுவதற்கு.

நேரக் களம் மற்றும் அதிர்வெண் களத் துடிப்புகள்
நேரத்தைப் பொறுத்து துடிப்பின் நேரியல் வடிவம் பொதுவாக ஒப்பீட்டளவில் எளிமையானது மற்றும் அதனை காஸியன் மற்றும் sech² சார்புகளால் வெளிப்படுத்த முடியும். துடிப்பு நேரம் (துடிப்பு அகலம் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது) பொதுவாக அரை-உயர அகலம் (FWHM) மதிப்பால் வெளிப்படுத்தப்படுகிறது, அதாவது, ஒளி ஆற்றலானது உச்ச ஆற்றலில் குறைந்தபட்சம் பாதியாக இருக்கும் அகலம்; Q-ஸ்விட்ச்டு லேசர் நானோநொடி குறுகிய துடிப்புகளை இதன் மூலம் உருவாக்குகிறது.
மோட்-லாக்டு லேசர்கள், பத்து பிக்கோநொடிகள் முதல் ஃபெம்டோநொடிகள் வரையிலான வரிசையில் மீக்குறுகிய துடிப்புகளை (USP) உருவாக்குகின்றன. அதிவேக மின்னணுவியல் கருவிகளால் பத்து பிக்கோநொடிகள் வரை மட்டுமே அளவிட முடியும், மேலும் குறுகிய துடிப்புகளை ஆட்டோகோர்ரிலேட்டர்கள், FROG மற்றும் SPIDER போன்ற முற்றிலும் ஒளியியல் தொழில்நுட்பங்களைக் கொண்டு மட்டுமே அளவிட முடியும். நானோநொடி அல்லது அதற்கும் நீண்ட துடிப்புகள், நீண்ட தூரம் பயணித்தாலும் கூட, அவற்றின் துடிப்பு அகலத்தை அரிதாகவே மாற்றிக்கொள்கின்றன. ஆனால், மீக்குறுகிய துடிப்புகள் பல்வேறு காரணிகளால் பாதிக்கப்படலாம்:

சிதறல் ஒரு பெரிய துடிப்பு அகலமாதலை ஏற்படுத்தக்கூடும், ஆனால் அதை எதிர் சிதறலுடன் மீண்டும் சுருக்க முடியும். தோர்லேப்ஸ் ஃபெம்டோசெகண்ட் துடிப்பு அமுக்கி, நுண்ணோக்கி சிதறலை எவ்வாறு ஈடுசெய்கிறது என்பதைப் பின்வரும் வரைபடம் காட்டுகிறது.

நேரியல் அல்லாத தன்மை பொதுவாக துடிப்பின் அகலத்தை நேரடியாகப் பாதிப்பதில்லை, ஆனால் அது அலைவரிசை அகலத்தை விரிவுபடுத்துகிறது, இதனால் பரவலின் போது துடிப்பு சிதறலுக்கு உள்ளாகும் வாய்ப்பு அதிகமாகிறது. வரையறுக்கப்பட்ட அலைவரிசை அகலம் கொண்ட பிற பெருக்க ஊடகங்கள் உட்பட எந்தவொரு வகை இழையும், அலைவரிசை அகலம் அல்லது மீக்குறை துடிப்பின் வடிவத்தைப் பாதிக்கக்கூடும், மேலும் அலைவரிசை அகலம் குறைவது நேரத்தில் ஒரு விரிவடைதலுக்கு வழிவகுக்கும்; நிறமாலை குறுகலாகும்போது, ​​வலுவாக சிற்றலை கொண்ட துடிப்பின் அகலம் குறுகியதாக மாறும் நிகழ்வுகளும் உள்ளன.