लेजरहरूमा लाइनविड्थको परिभाषा

लेजरको लाइनविड्थ, विशेष गरी एकल-फ्रिक्वेन्सी लेजरले यसको स्पेक्ट्रमको चौडाइलाई जनाउँछ (सामान्यतया पूर्ण चौडाइ आधा अधिकतम, FWHM)। थप स्पष्ट रूपमा, यो विकिरण गरिएको विद्युत क्षेत्र शक्ति वर्णक्रमीय घनत्व को चौडाइ हो, आवृत्ति, तरंग संख्या, वा तरंगदैर्ध्य को सर्तमा व्यक्त। लेजरको लाइनविड्थ टेम्पोरल कोहेरेन्ससँग नजिकबाट सम्बन्धित छ र कोहेरेन्स टाइम र कोहेरेन्स लम्बाइद्वारा विशेषता हुन्छ। यदि चरण असीमित पारीबाट गुज्र्छ भने, चरण शोरले लाइनविथमा योगदान गर्दछ; यो नि: शुल्क ओसिलेटरहरूको मामला हो। (धेरै सानो चरण अन्तरालमा सीमित चरणको उतार-चढ़ावले शून्य लाइनविथ र केही आवाज साइडब्यान्डहरू उत्पादन गर्दछ।) अनुनाद गुहाको लम्बाइमा हुने परिवर्तनहरूले पनि रेखाविथमा योगदान पुर्‍याउँछ र यसलाई मापन समयमा निर्भर गर्दछ। यसले संकेत गर्छ कि लाइनविड्थ एक्लै, वा वांछनीय स्पेक्ट्रल आकार (लाइनफार्म), लेजर स्पेक्ट्रमको बारेमा पूर्ण जानकारी प्रदान गर्न सक्दैन।

II। लेजर लाइन चौडाई मापन

लेजर लाइनविड्थ मापन गर्न धेरै प्रविधिहरू प्रयोग गर्न सकिन्छ:

1. जब लाइनविड्थ तुलनात्मक रूपमा ठूलो हुन्छ (>10 GHz, जब धेरै मोडहरू बहु लेजर रेजोनन्ट गुहाहरूमा ओसिलिलेट हुन्छन्), यसलाई विवर्तन ग्रेटिंग प्रयोग गर्ने परम्परागत स्पेक्ट्रोमिटर प्रयोग गरेर मापन गर्न सकिन्छ। यद्यपि, यो विधि प्रयोग गरेर उच्च आवृत्ति रिजोल्युसन प्राप्त गर्न गाह्रो छ।

2. अर्को विधि भनेको आवृत्ति उतार-चढावलाई तीव्रताको उतार चढावमा रूपान्तरण गर्न फ्रिक्वेन्सी भेदभाव गर्ने प्रयोग गर्नु हो। भेदभाव एक असंतुलित इन्टरफेरोमीटर वा उच्च परिशुद्धता सन्दर्भ गुहा हुन सक्छ। यो मापन विधि पनि सीमित संकल्प छ।

3. एकल-फ्रिक्वेन्सी लेजरहरूले सामान्यतया सेल्फ-हेटरोडाइन विधि प्रयोग गर्दछ, जसले लेजर आउटपुट र अफसेट र ढिलाइ पछि यसको आफ्नै फ्रिक्वेन्सी बीचको बीट रेकर्ड गर्दछ।

4. धेरै सय हर्ट्जको लाइनविड्थका लागि, परम्परागत सेल्फ-हेटरोडाइन प्रविधिहरू अव्यावहारिक छन् किनभने उनीहरूलाई ठूलो ढिलाइ लम्बाइ चाहिन्छ। यो लम्बाइ विस्तार गर्न एक चक्रीय फाइबर लूप र निर्मित फाइबर एम्पलीफायर प्रयोग गर्न सकिन्छ।

5. धेरै उच्च रिजोलुसन दुई स्वतन्त्र लेजरहरूको बीटहरू रेकर्ड गरेर प्राप्त गर्न सकिन्छ, जहाँ सन्दर्भ लेजरको आवाज परीक्षण लेजरको भन्दा धेरै कम छ, वा तिनीहरूको प्रदर्शन विशिष्टताहरू समान छन्। फेज-लक गरिएको लूप वा गणितीय रेकर्डहरूमा आधारित तात्कालिक आवृत्ति भिन्नताको गणना प्रयोग गर्न सकिन्छ। यो विधि धेरै सरल र स्थिर छ, तर अर्को लेजर चाहिन्छ (परीक्षण लेजरको फ्रिक्वेन्सी नजिकै सञ्चालन)। यदि मापन गरिएको लाइनविड्थलाई फराकिलो स्पेक्ट्रल दायरा चाहिन्छ भने, फ्रिक्वेन्सी कम्बो धेरै सुविधाजनक छ।

अप्टिकल फ्रिक्वेन्सी मापन प्रायः कुनै बिन्दुमा एक विशिष्ट आवृत्ति (वा समय) सन्दर्भ चाहिन्छ। संकीर्ण-लाइनविड्थ लेजरहरूको लागि, पर्याप्त रूपमा सही सन्दर्भ प्रदान गर्न केवल एकल सन्दर्भ बीम आवश्यक छ। सेल्फ-हेटरोडाइन प्रविधिहरूले परीक्षण सेटअपमा पर्याप्त लामो समय ढिलाइ लागू गरेर फ्रिक्वेन्सी सन्दर्भ प्राप्त गर्दछ, आदर्श रूपमा प्रारम्भिक बीम र यसको आफ्नै ढिलाइ भएको बीम बीचको अस्थायी समन्वयलाई बेवास्ता गर्दै। त्यसैले, लामो अप्टिकल फाइबर सामान्यतया प्रयोग गरिन्छ। यद्यपि, स्थिर उतार-चढ़ाव र ध्वनिक प्रभावहरूको कारण, लामो फाइबरले थप चरणको आवाज प्रस्तुत गर्दछ।

जब 1/f फ्रिक्वेन्सी शोर उपस्थित हुन्छ, लाइनविड्थले मात्र चरण त्रुटिलाई पूर्ण रूपमा वर्णन गर्न सक्दैन। एक राम्रो दृष्टिकोण चरण वा तात्कालिक आवृत्ति उतार-चढ़ाव को फुरियर स्पेक्ट्रम मापन गर्न र त्यसपछि शक्ति वर्णक्रमीय घनत्व प्रयोग गरेर यसलाई विशेषता हो; शोर प्रदर्शन संकेतक सन्दर्भ गर्न सकिन्छ। 1/f शोर (वा अन्य कम-फ्रिक्वेन्सी आवाजको आवाज स्पेक्ट्रम) ले केही मापन समस्याहरू निम्त्याउन सक्छ।

III। लेजर लाइनविड्थ न्यूनतम गर्दै

लेजर लाइनविड्थ सीधा लेजर प्रकार संग सम्बन्धित छ। यसलाई लेजर डिजाइन अप्टिमाइज गरेर र बाह्य आवाज प्रभावहरूलाई दबाएर कम गर्न सकिन्छ। पहिलो चरण भनेको क्वान्टम आवाज वा शास्त्रीय आवाज प्रबल छ कि भनेर निर्धारण गर्नु हो, किनकि यसले पछिको मापनलाई असर गर्नेछ।

जब इन्ट्राक्याभिटी पावर उच्च हुन्छ, रेजोनन्ट क्याभिटी हानि कम हुन्छ, र रेसोनन्ट क्याभिटी राउन्ड-ट्रिप समय लामो हुन्छ, लेजरको क्वान्टम आवाज (मुख्यतया सहज उत्सर्जन शोर) को सानो प्रभाव हुन्छ। शास्त्रीय आवाज मेकानिकल उतार-चढ़ावको कारणले हुन सक्छ, जुन कम्प्याक्ट, छोटो लेजर रेजोनेटर प्रयोग गरेर कम गर्न सकिन्छ। यद्यपि, लम्बाइको उतार चढावले कहिलेकाहीँ छोटो रेजोनेटरहरूमा पनि बलियो प्रभाव पार्न सक्छ। उचित मेकानिकल डिजाइनले लेजर रेजोनेटर र बाह्य विकिरणहरू बीचको युग्मन कम गर्न सक्छ, र थर्मल बहाव प्रभावहरूलाई पनि कम गर्न सक्छ। थर्मल उतार-चढ़ाव पम्प पावर उतार-चढ़ावको कारणले गर्दा लाभ माध्यममा पनि अवस्थित हुन्छ। राम्रो आवाज प्रदर्शनको लागि, अन्य सक्रिय स्थिरीकरण उपकरणहरू आवश्यक छ, तर प्रारम्भमा, व्यावहारिक निष्क्रिय विधिहरू प्राथमिकतामा छन्। एकल-फ्रिक्वेन्सी सॉलिड-स्टेट लेजरहरू र फाइबर लेजरहरूको लाइनविड्थहरू 1-2 Hz दायरामा हुन्छन्, कहिलेकाहीं 1 kHz भन्दा कम। सक्रिय स्थिरीकरण विधिहरूले 1 kHz तल लाइनविड्थ प्राप्त गर्न सक्छ। लेजर डायोडहरूको लाइनविड्थहरू सामान्यतया मेगाहर्ट्ज दायरामा हुन्छन्, तर kHz मा घटाउन सकिन्छ, उदाहरणका लागि, बाह्य गुहा डायोड लेजरहरूमा, विशेष गरी अप्टिकल प्रतिक्रिया र उच्च-परिशुद्धता सन्दर्भ गुहा भएकाहरू।

IV। संकीर्ण रेखा चौडाइबाट उत्पन्न हुने समस्याहरू

केहि अवस्थामा, लेजर स्रोतबाट धेरै साँघुरो बीमविड्थ आवश्यक छैन:

1. जब सुसंगतता लम्बाइ लामो हुन्छ, सुसंगतता प्रभावहरू (कमजोर परजीवी प्रतिबिम्बको कारणले) किरण आकार विकृत गर्न सक्छ। 1. लेजर प्रोजेक्शन डिस्प्लेहरूमा, स्पेकल प्रभावहरूले सतहको गुणस्तरमा हस्तक्षेप गर्न सक्छ।

2. जब प्रकाश सक्रिय वा निष्क्रिय अप्टिकल फाइबरहरूमा फैलिन्छ, साँघुरो लाइनविड्थले उत्तेजित ब्रिल्युइन स्क्याटरिङको कारणले समस्या निम्त्याउन सक्छ। त्यस्ता अवस्थाहरूमा, यो लाइनविड्थ बढाउन आवश्यक छ, उदाहरणका लागि, हालको मोड्युलेसन प्रयोग गरेर लेजर डायोड वा अप्टिकल मोड्युलेटरको क्षणिक फ्रिक्वेन्सीलाई द्रुत रूपमा घटाएर। अप्टिकल ट्रान्जिसनको चौडाइ (जस्तै, लेजर ट्रान्जिसन वा केही अवशोषण विशेषताहरू) वर्णन गर्न लाइनविड्थ पनि प्रयोग गरिन्छ। एक स्थिर एकल एटम वा आयनको संक्रमणमा, रेखाविथ माथिल्लो ऊर्जा अवस्थाको जीवनकालसँग सम्बन्धित छ (अधिक स्पष्ट रूपमा, माथिल्लो र तल्लो ऊर्जा अवस्थाहरू बीचको जीवनकाल), र यसलाई प्राकृतिक रेखाविथ भनिन्छ। गति (डप्लर विस्तार हेर्नुहोस्) वा परमाणु वा आयनहरूको अन्तरक्रियाले लाइनविड्थ फराकिलो बनाउन सक्छ, जस्तै ग्यासहरूमा दबाब विस्तार वा ठोस मिडियामा फोनोन अन्तरक्रिया। यदि विभिन्न परमाणुहरू वा आयनहरू फरक रूपमा प्रभावित हुन्छन् भने, गैर-एकसमान विस्तार हुन सक्छ।