आजपर्यंतच्या अरुंद लाइनविड्थ लेसरच्या विकासामध्ये, लेसर फीडबॅक यंत्रणेची उत्क्रांती लेसर रेझोनेटर संरचनांच्या उत्क्रांतीशी समानार्थी आहे. खाली, लेसर रेझोनेटर्सच्या उत्क्रांतीच्या क्रमाने अरुंद लाइनविड्थ लेसर तंत्रज्ञानाच्या विविध कॉन्फिगरेशन्स सादर केल्या आहेत.
सिंगल मेन-कॅव्हीटी लेझर संरचनात्मकदृष्ट्या रेखीय पोकळी आणि रिंग पोकळी आणि पोकळीच्या लांबीनुसार, लहान-पोकळी आणि लांब-पोकळी संरचनांमध्ये विभागले जाऊ शकतात. शॉर्ट-कॅव्हीटी लेझरमध्ये मोठ्या रेखांशाचा मोड स्पेसिंग आहे, जे सिंगल रेखांशाचा मोड (SLM) ऑपरेशन साध्य करण्यासाठी अधिक फायदेशीर आहे, परंतु विस्तृत आंतरिक पोकळी रेषेचा विस्तार आणि आवाज दाबण्यात अडचण आहे. लांब-पोकळी संरचना अंतर्निहितपणे अरुंद लाइनविड्थ वैशिष्ट्ये प्रदर्शित करतात आणि लवचिक कॉन्फिगरेशनसह विविध ऑप्टिकल उपकरणांचे एकत्रीकरण करण्यास अनुमती देतात; तथापि, त्यांचे तांत्रिक आव्हान अत्यंत लहान रेखांशाच्या मोड स्पेसिंगमुळे SLM ऑपरेशन साध्य करणे आहे.
लेसर मुख्य पोकळींचे क्लासिक कॉन्फिगरेशन म्हणून, रेखीय पोकळी एक साधी रचना, उच्च कार्यक्षमता आणि सुलभ हाताळणी यासारखे फायदे मिळवते. ऐतिहासिकदृष्ट्या, प्रथम खरा लेसर बीम F-P रेखीय पोकळी रचना वापरून तयार केला गेला. विज्ञान आणि तंत्रज्ञानातील त्यानंतरच्या प्रगतीसह, सेमीकंडक्टर लेसर, फायबर लेसर आणि सॉलिड-स्टेट लेसरमध्ये F-P रचना मोठ्या प्रमाणावर स्वीकारली गेली आहे.
रिंग पोकळी हे क्लासिक रेखीय पोकळीचे एक बदल आहे, जे ऑप्टिकल सिग्नलचे चक्रीय प्रवर्धन साध्य करण्यासाठी स्थायिक-लहरी फील्डच्या जागी प्रवासी लहरींनी बदलून रेखीय पोकळ्यांच्या अवकाशीय छिद्र-बर्निंग दोषांवर मात करते. फायबर-ऑप्टिक उपकरणांच्या विकासामुळे, लवचिक सर्व-फायबर संरचनांसह फायबर लेसरने व्यापक लक्ष वेधले आहे आणि गेल्या दोन दशकांमध्ये लेसरची सर्वात वेगाने वाढणारी श्रेणी बनली आहे.
नॉन-प्लॅनर रिंग ऑसिलेटर (एनपीआरओ) लेसर विशेष ट्रॅव्हलिंग-वेव्ह लेसर कॉन्फिगरेशनचे प्रतिनिधित्व करतात. सामान्यतः, अशा लेसरच्या मुख्य पोकळीमध्ये एक मोनोलिथिक क्रिस्टल असते, जे क्रिस्टल एंड-फेस रिफ्लेक्शनद्वारे लेसर ध्रुवीकरण स्थितीचे नियमन करते आणि एकदिशात्मक लेसर ऑपरेशन लक्षात घेण्यासाठी बाह्य चुंबकीय क्षेत्र असते. हे डिझाइन लेसर रेझोनेटरचा थर्मल लोड मोठ्या प्रमाणात कमी करते, तरंगलांबी आणि शक्तीमध्ये अपवादात्मक स्थिरता प्रदान करते आणि अरुंद रेषेची वैशिष्ट्ये वैशिष्ट्यीकृत करते.
अत्यंत लहान पोकळीची लांबी आणि उच्च आंतरिक नुकसान यासारख्या घटकांमुळे मर्यादित, इंट्रा-कॅव्हीटी फीडबॅकवर आधारित F-P रेखीय पोकळी सिंगल-कॅव्हीटी लेसर कॉन्फिगरेशन मर्यादित फोटॉन परस्परसंवाद वेळ आणि लाभ माध्यमातून उत्स्फूर्त उत्सर्जन काढून टाकण्यात अडचण आहे. या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी, संशोधकांनी एकल बाह्य-पोकळी फीडबॅक कॉन्फिगरेशन प्रस्तावित केले. बाह्य पोकळी फोटॉनच्या परस्परसंवादाचा वेळ वाढविण्याचे कार्य करते आणि फिल्टर केलेले फोटॉन परत मुख्य पोकळीमध्ये भरते, ज्यामुळे लेसर कार्यक्षमतेला अनुकूल करते आणि लाइनविड्थ संकुचित करते. लिट्रो आणि लिटमॅन कॉन्फिगरेशन सारख्या अवकाशीय ऑप्टिक्सवर आधारित प्रारंभिक साध्या बाह्य-पोकळी संरचना, लेसर मुख्य पोकळीमध्ये शुद्धीकृत लेसर सिग्नल पुन्हा जोडण्यासाठी ग्रेटिंग्सच्या वर्णक्रमीय फैलाव क्षमतेचा वापर करतात, लाइनविड्थ कम्प्रेशन प्राप्त करण्यासाठी मुख्य पोकळीवर वारंवार खेचतात. ही एकल बाह्य-पोकळी रचना नंतर फायबर लेसर आणि सेमीकंडक्टर लेसरपर्यंत वाढविण्यात आली.
एकल बाह्य-पोकळी फीडबॅक लेसर कॉन्फिगरेशनचे तांत्रिक आव्हान बाह्य पोकळी आणि मुख्य पोकळी यांच्यातील फेज जुळणीमध्ये आहे. अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की बाह्य-पोकळी फीडबॅक सिग्नलचा अवकाशीय टप्पा लेसर थ्रेशोल्ड, वारंवारता आणि संबंधित आउटपुट पॉवर निर्धारित करण्यासाठी महत्त्वपूर्ण आहे आणि लेसर अनुदैर्ध्य मोड फीडबॅक सिग्नलची तीव्रता आणि टप्प्यासाठी अत्यंत संवेदनशील असतात.
DBR लेसर कॉन्फिगरेशन
लेसर प्रणालीची स्थिरता वाढविण्यासाठी आणि मुख्य पोकळीच्या संरचनेत तरंगलांबी-निवडक उपकरणे एकत्रित करण्यासाठी, DBR कॉन्फिगरेशन विकसित केले गेले. F-P रेझोनेटरवर आधारित डिझाइन केलेले, DBR रेझोनेटर ऑप्टिकल फीडबॅक देण्यासाठी F-P संरचनेचे आरसे नियतकालिक निष्क्रिय ब्रॅग स्ट्रक्चर्ससह बदलते. लेसर हस्तक्षेप मोडवर ब्रॅग स्ट्रक्चरच्या नियतकालिक कंगवा फिल्टरिंग प्रभावामुळे, DBR मुख्य पोकळीमध्ये मूळतः फिल्टरिंग वैशिष्ट्ये आहेत. लहान-पोकळीच्या संरचनेद्वारे परवडलेल्या मोठ्या अनुदैर्ध्य मोड अंतरासह एकत्रित, SLM ऑपरेशन सहजपणे साध्य केले जाते. जरी नियतकालिक ब्रॅग रचना मूळतः केवळ तरंगलांबी निवडीसाठी तयार केली गेली असली तरी, पोकळी-संरचना दृष्टीकोनातून, ती फीडबॅक पृष्ठभागांच्या वाढीव संख्येसह एकल-पोकळीच्या संरचनेची उत्क्रांती देखील दर्शवते.
लाभ माध्यमानुसार वर्गीकृत, डीबीआर लेसरमध्ये सेमीकंडक्टर लेसर आणि फायबर लेसर समाविष्ट आहेत. सेमीकंडक्टर लेझरचा सेमीकंडक्टर मटेरियल आणि मायक्रो-नॅनो प्रोसेसिंग टेक्नॉलॉजीसह फॅब्रिकेशन कंपॅटिबिलिटीमध्ये नैसर्गिक फायदा आहे. अनेक सेमीकंडक्टर उत्पादन प्रक्रिया, जसे की दुय्यम एपिटॅक्सी, रासायनिक वाफ जमा करणे, स्टेप फोटोलिथोग्राफी, नॅनोइंप्रिंटिंग, इलेक्ट्रॉन बीम एचिंग आणि आयन एचिंग, सेमीकंडक्टर लेसरच्या संशोधन आणि फॅब्रिकेशनवर थेट लागू केले जाऊ शकतात.
DBR फायबर लेसर DBR सेमीकंडक्टर लेसर पेक्षा नंतर उदयास आले, प्रामुख्याने फायबर वेव्हगाइड प्रक्रिया आणि उच्च-सांद्रता मल्टी-डोपिंग तंत्रज्ञानाच्या विकासाद्वारे मर्यादित. सध्या, सामान्य फायबर वेव्हगाइड फॅब्रिकेशन तंत्रांमध्ये ऑक्सिजन-डिफेक्ट फेज मास्किंग आणि फेमटोसेकंड लेसर प्रक्रिया समाविष्ट आहे, तर उच्च-सांद्रता फायबर डोपिंग तंत्रज्ञानामध्ये सुधारित रासायनिक वाष्प संचय (MCVD) आणि पृष्ठभाग प्लाझ्मा रासायनिक वाष्प संचय (SCVD) समाविष्ट आहे.
ब्रॅग ग्रेटिंग्सवर आधारित आणखी एक रेझोनेटर रचना म्हणजे डीएफबी कॉन्फिगरेशन. DFB लेसर मुख्य पोकळी ब्रॅग रचना सक्रिय क्षेत्रासह एकत्रित करते आणि तरंगलांबी निवडीसाठी संरचनेच्या मध्यभागी एक फेज-शिफ्ट प्रदेश सादर करते. आकृती 3(b) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, या कॉन्फिगरेशनमध्ये उच्च प्रमाणात एकत्रीकरण आणि संरचनात्मक एकता आहे आणि DBR संरचनांमध्ये गंभीर तरंगलांबी प्रवाह आणि मोड हॉपिंग यासारख्या समस्या कमी करते, ज्यामुळे ते सध्याच्या टप्प्यावर सर्वात स्थिर आणि व्यावहारिक लेसर कॉन्फिगरेशन बनते.
DFB लेसरचे तांत्रिक आव्हान जाळीच्या संरचनेच्या निर्मितीमध्ये आहे. डीबीआर सेमीकंडक्टर लेसरमध्ये जाळीच्या फॅब्रिकेशनसाठी दोन प्राथमिक पद्धती आहेत: दुय्यम एपिटॅक्सी आणि पृष्ठभाग नक्षीकाम. रीग्रोन ग्रेटिंग फीडबॅक (RGF)-DFB सेमीकंडक्टर लेझर सक्रिय प्रदेशात लो-रिफ्रॅक्टिव्ह-इंडेक्स ग्रेटिंग्सचा संच वाढवण्यासाठी दुय्यम एपिटॅक्सी आणि फोटोलिथोग्राफीचा वापर करतात. ही पद्धत उच्च-क्यू रेझोनेटर्सच्या फॅब्रिकेशनची सोय करून, कमी नुकसानासह सक्रिय स्तर संरचना संरक्षित करते. सरफेस ग्रेटिंग (SG)-DFB सेमीकंडक्टर लेसरमध्ये सक्रिय प्रदेशाच्या पृष्ठभागावर जाळीचा थर थेट कोरणे समाविष्ट असते. हा दृष्टीकोन अधिक जटिल आहे, सक्रिय प्रदेश सामग्री आणि डोपिंग आयननुसार अचूक समायोजन आवश्यक आहे आणि उच्च नुकसान प्रदर्शित करते, तरीही मजबूत ऑप्टिकल बंदिस्त आणि उच्च मोड सप्रेशन क्षमता प्रदान करते.
DBR फायबर लेझर्स प्रमाणेच, DFB फायबर लेसर फायबर वेव्हगाइड प्रोसेसिंग आणि उच्च-सांद्रता डोपड फायबर तंत्रज्ञानाच्या प्रगतीवर अवलंबून असतात. DBR फायबर लेझर्सच्या तुलनेत, DFB फायबर लेसर दुर्मिळ-पृथ्वी आयनांच्या तरंगलांबी शोषण वैशिष्ट्यांमुळे जाळीच्या फॅब्रिकेशनमध्ये मोठी आव्हाने निर्माण करतात.
शॉर्ट-कॅव्हीटी मेन-कॅव्हीटी लेसर जसे की DFB आणि DBR मध्ये इंट्रा-कॅव्हीटी फोटॉन इंटरॅक्शन वेळ मर्यादित आहे, ज्यामुळे खोल लाइनविड्थ कॉम्प्रेशन कठीण होते. लाइनविड्थ आणखी संकुचित करण्यासाठी आणि आवाज दाबण्यासाठी, अशा शॉर्ट-कॅव्हीटी मुख्य-पोकळी कॉन्फिगरेशनला कार्यप्रदर्शन ऑप्टिमायझेशनसाठी बाह्य-पोकळी संरचनांसह एकत्र केले जाते. सामान्य बाह्य-पोकळी संरचनांमध्ये अवकाशीय बाह्य पोकळी, फायबर बाह्य पोकळी आणि वेव्हगाइड बाह्य पोकळी यांचा समावेश होतो. फायबर-ऑप्टिक उपकरणे आणि वेव्हगाइड स्ट्रक्चर्सच्या विकासापूर्वी, बाह्य पोकळी प्रामुख्याने स्वतंत्र ऑप्टिकल घटकांसह अवकाशीय ऑप्टिक्सने बनलेली होती. यापैकी, जाळीवर आधारित अवकाशीय बाह्य-पोकळी अभिप्राय संरचना प्रामुख्याने लिट्रो आणि लिटमॅन डिझाइनचा अवलंब करतात, विशेषत: लेसर गेन कॅव्हिटी, कपलिंग लेन्स आणि डिफ्रॅक्शन ग्रेटिंग यांचा समावेश होतो. फीडबॅक घटक म्हणून जाळी, तरंगलांबी ट्यूनिंग, मोड निवड आणि लाइनविड्थ कॉम्प्रेशन सक्षम करते.
याव्यतिरिक्त, अवकाशीय बाह्य-पोकळी फीडबॅक स्ट्रक्चर्स ऑप्टिकल फिल्टरिंग उपकरणांची श्रेणी समाविष्ट करू शकतात, जसे की F-P इटालॉन्स, अकोस्टो-ऑप्टिक/इलेक्ट्रो-ऑप्टिक ट्यूनेबल फिल्टर आणि इंटरफेरोमीटर. या फिल्टरिंग उपकरणांमध्ये मूळतः मोड-निवड क्षमता असते आणि ते ग्रेटिंग्स बदलू शकतात; काही उच्च-क्यू F-P इटालॉन्स अगदी स्पेक्ट्रल अरुंद आणि लाइनविड्थ कॉम्प्रेशनमध्ये परावर्तित जाळींना मागे टाकतात.
फायबर-ऑप्टिक उपकरण तंत्रज्ञानाच्या प्रगतीसह, अवकाशीय ऑप्टिकल स्ट्रक्चर्सची जागा अत्यंत एकात्मिक, मजबूत फायबर वेव्हगाइड्स किंवा फायबर उपकरणांनी बदलणे हे लेसर सिस्टम स्थिरता सुधारण्यासाठी एक प्रभावी धोरण दर्शवते. फायबर बाह्य पोकळी सामान्यत: सर्व-फायबर संरचना तयार करण्यासाठी फायबर उपकरणे विभाजित करून बांधली जातात, उच्च एकात्मता, देखभाल सुलभता आणि हस्तक्षेपास मजबूत प्रतिकारशक्ती देतात. फायबर एक्सटर्नल-कॅव्हीटी फीडबॅक स्ट्रक्चर्स साध्या फायबर लूप फीडबॅक, किंवा ऑल-फायबर रेझोनेटर्स, एफबीजी, फायबर एफ-पी कॅव्हिटीज आणि डब्ल्यूजीएम रेझोनेटर असू शकतात.
एकात्मिक वेव्हगाइड बाह्य-पोकळी फीडबॅक स्ट्रक्चर्ससह अरुंद लाइनविड्थ लेसर त्यांच्या लहान पॅकेज आकारामुळे आणि अधिक स्थिर कामगिरीमुळे व्यापक लक्ष वेधून घेतात. मूलत:, वेव्हगाइड बाह्य-पोकळी फीडबॅक फायबर बाह्य-पोकळी फीडबॅक सारख्याच तांत्रिक तत्त्वांचे पालन करते, परंतु सेमीकंडक्टर सामग्री आणि मायक्रो-नॅनो प्रक्रिया तंत्रज्ञानाची विविधता अधिक कॉम्पॅक्ट आणि स्थिर लेसर सिस्टम सक्षम करते, वेव्हगाइड बाह्य-पोकळी फीडबॅकची व्यावहारिकता वाढवते. सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या सेमीकंडक्टर लेसर सामग्रीमध्ये Si, Si₃N₄ आणि III-V संयुगे यांचा समावेश होतो.
ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक ऑसिलेशन लेसर कॉन्फिगरेशन हे एक विशेष फीडबॅक लेसर आर्किटेक्चर आहे, जेथे फीडबॅक सिग्नल हा विशेषत: इलेक्ट्रिकल सिग्नल किंवा एकाचवेळी ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक फीडबॅक असतो. लेझरवर लागू केलेले सर्वात जुने ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक फीडबॅक तंत्रज्ञान म्हणजे PDH फ्रिक्वेंसी स्टॅबिलायझेशन तंत्र, जे पोकळीची लांबी समायोजित करण्यासाठी विद्युत नकारात्मक अभिप्राय वापरते आणि उच्च-क्यू रेझोनेटर मोड्स आणि कोल्ड-एटम शोषण लाइन्स सारख्या स्पेक्ट्राला संदर्भित करण्यासाठी लेसर वारंवारता लॉक करते. नकारात्मक फीडबॅक ट्यूनिंगद्वारे, लेसर रेझोनेटर रिअल टाइममध्ये लेसर ऑपरेटिंग स्थितीशी जुळवू शकतो, वारंवारता अस्थिरता 10⁻¹⁷ च्या क्रमाने कमी करतो. तथापि, इलेक्ट्रिकल फीडबॅक लक्षणीय मर्यादांमुळे ग्रस्त आहे, ज्यामध्ये मंद प्रतिसादाचा वेग आणि व्यापक सर्किटरीचा समावेश असलेल्या अति जटिल सर्वो सिस्टमचा समावेश आहे. या घटकांमुळे उच्च तांत्रिक अडचण, कडक नियंत्रण अचूकता आणि लेसर प्रणालींसाठी उच्च खर्च होतो. शिवाय, संदर्भ स्त्रोतांवरील प्रणालीचे मजबूत अवलंबित्व लेसर तरंगलांबी विशिष्ट वारंवारता बिंदूंपर्यंत मर्यादित करते, पुढे त्याची व्यावहारिक लागूक्षमता मर्यादित करते.
कॉपीराइट @ 2020 Shenzhen Box Optronics Technology Co., Ltd. - China Fiber Optic Modules, Fiber Coupled Lasers Manufacturers, Laser Components Suppliers सर्व हक्क राखीव.
