लेज़र पल्स उत्पन्न करने का सबसे सरल तरीका निरंतर लेज़र में एक बाहरी मॉड्यूलेटर जोड़ना है। यह विधि पिकोसेकंड जितनी तेजी से पल्स उत्पन्न करती है, जो सरल है लेकिन ऑप्टिकल ऊर्जा बर्बाद करती है, और चरम शक्ति निरंतर ऑप्टिकल शक्ति से अधिक नहीं हो सकती है। इसलिए, लेजर पल्स उत्पन्न करने का एक अधिक कुशल तरीका इंट्राकैविटी मॉड्यूलेशन है, जहां ऊर्जा को विस्फोट के ऑफ-टाइम पर संग्रहीत किया जाता है और ऑन-टाइम पर जारी किया जाता है।
लेजर कैविटी के भीतर मॉड्यूलेशन के माध्यम से पल्स उत्पन्न करने के लिए उपयोग की जाने वाली चार सामान्य तकनीकें हैं गेन स्विचिंग, क्यू-स्विचिंग (लॉस स्विचिंग), कैविटी इनवर्जन और मोड-लॉकिंग।
गेन स्विचिंग पंप पावर को मॉड्यूलेट करके छोटी पल्स उत्पन्न करता है। उदाहरण के लिए, डायोड गेन-स्विच्ड लेजर वर्तमान मॉड्यूलेशन के माध्यम से कुछ नैनोसेकंड से लेकर सौ पिकोसेकंड तक की रेंज में पल्स उत्पन्न करने में सक्षम हैं। यद्यपि पल्स ऊर्जा कम है, यह विधि बहुत लचीली है, उदाहरण के लिए, ट्यून करने योग्य पुन: आवृत्ति और पल्स चौड़ाई प्रदान करती है। टोक्यो विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने 2018 में एक फेमटोसेकंड गेन-स्विच्ड सेमीकंडक्टर लेजर की सूचना दी, जो कि 40-वर्ष की तकनीकी बाधा में एक सफलता का संकेत है।
मजबूत नैनोसेकंड पल्स आमतौर पर क्यू-स्विच्ड लेजर द्वारा उत्पन्न होते हैं, जहां लेजर को गुहा के अंदर कुछ राउंड ट्रिप के भीतर उत्सर्जित किया जाता है, जिसमें सिस्टम के आकार के आधार पर कुछ मिलीजूल से लेकर कुछ जूल तक की पल्स ऊर्जा होती है।
मध्यम ऊर्जा (आम तौर पर 1 μJ से नीचे) पिकोसेकंड और फेमटोसेकंड दालें मुख्य रूप से मोड-लॉक लेजर द्वारा उत्पन्न होती हैं, जिसमें लेजर अनुनाद गुहा के भीतर एक सतत लूप में मौजूद एक या अधिक अल्ट्राशॉर्ट दालें होती हैं, आउटपुट के माध्यम से एक समय में उत्सर्जित इंट्राकैविटी दालें होती हैं युग्मन दर्पण, और पुनः-आवृत्ति के साथ जो आम तौर पर 10 मेगाहर्ट्ज से 100 गीगाहर्ट्ज की सीमा में होती है। नीचे दिया गया आंकड़ा एक पूर्ण-सामान्य फैलाव (एएनडीआई) विघटनकारी सॉलिटॉन फेमटोसेकंड फाइबर लेजर सेटअप दिखाता है, जिसे थोरलैब्स के मानक घटकों (फाइबर, लेंस, माउंट और विस्थापन चरण) के बड़े बहुमत के साथ बनाया जा सकता है।
कैविटी व्युत्क्रमण तकनीकों का उपयोग क्यू-स्विच्ड लेजर के लिए छोटी दालों को प्राप्त करने के लिए और मोड-लॉक लेजर के लिए कम पुन: आवृत्ति पर पल्स ऊर्जा को बढ़ाने के लिए किया जा सकता है।
समय और आवृत्ति डोमेन पल्स
समय के साथ पल्स का रैखिक आकार आम तौर पर सरल होता है और इसे गॉसियन और सेक² फ़ंक्शन के रूप में व्यक्त किया जा सकता है। पल्स अवधि (जिसे पल्स चौड़ाई के रूप में भी जाना जाता है) को अक्सर आधी-चौड़ाई-उच्च-परिमाण (एफडब्ल्यूएचएम) मान के रूप में व्यक्त किया जाता है, अर्थात, कम से कम आधी चरम शक्ति की ऑप्टिकल शक्ति द्वारा फैली हुई चौड़ाई; लघु नैनोसेकंड दालों का उत्पादन क्यू-स्विच्ड लेजर द्वारा किया जाता है, और कुछ दसियों पिकोसेकंड से लेकर फेमटोसेकंड तक के अल्ट्राशॉर्ट पल्स (यूएसपी) का उत्पादन मोड-लॉक लेजर द्वारा किया जाता है। हाई-स्पीड इलेक्ट्रॉनिक्स सबसे तेज़ गति से केवल कुछ दसियों पिकोसेकंड को माप सकता है, और छोटी दालों को केवल ऑटोकोरेलेटर, फ्रॉग और स्पाइडर जैसी पूरी तरह से ऑप्टिकल तकनीकों की मदद से मापा जा सकता है।
यदि पल्स आकार ज्ञात है, तो पल्स एनर्जी (ईपी), पीक पावर (पीपी), और पल्स चौड़ाई (𝜏p) के बीच संबंध की गणना निम्नलिखित समीकरण के अनुसार की जाती है:
जहां एफएस पल्स के आकार से संबंधित एक गुणांक है, जो लगभग {{0}} है। गॉसियन पल्स के लिए 94 और सेच² पल्स के लिए 0.88 लेकिन आम तौर पर 1 से अनुमानित होता है।
पल्स की बैंडविड्थ को आवृत्ति, तरंग दैर्ध्य या कोणीय आवृत्ति के रूप में व्यक्त किया जा सकता है। यदि बैंडविड्थ छोटा है, तो तरंग दैर्ध्य और आवृत्ति बैंडविड्थ को निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करके परिवर्तित किया जाता है, जहां λ और ν क्रमशः केंद्र तरंग दैर्ध्य और आवृत्ति हैं, और Δλ और Δν क्रमशः तरंग दैर्ध्य और आवृत्ति में बैंडविड्थ हैं।
बैंडविड्थ सीमा पल्स
किसी विशेष पल्स आकार के लिए, चहचहाहट की अनुपस्थिति में पल्स की वर्णक्रमीय चौड़ाई सबसे छोटी होती है, जिसे बैंडविड्थ-सीमित या फूरियर-ट्रांसफॉर्म-सीमित पल्स कहा जाता है, जहां पल्स समय और आवृत्ति बैंडविड्थ का उत्पाद एक स्थिर होता है, जो है टाइम-बैंडविड्थ उत्पाद (टीबीपी) कहा जाता है। पल्स समय और आवृत्ति बैंडविड्थ का उत्पाद एक स्थिरांक है जिसे टाइम-बैंडविड्थ उत्पाद (टीबीपी) कहा जाता है। बैंडविड्थ-सीमित गॉसियन और सेच² दालों के समय-बैंडविड्थ उत्पाद क्रमशः 0.441 और 0.315 हैं; नाड़ी की वास्तविक चहचहाहट और संचयी समूह-विलंब फैलाव की गणना इससे की जा सकती है।
इसलिए, संकीर्ण पल्स चौड़ाई के लिए व्यापक फूरियर स्पेक्ट्रा की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, 10 एफएस पल्स में कम से कम 30 THz के क्रम की बैंडविड्थ होनी चाहिए, जबकि एटोसेकंड पल्स में इससे भी अधिक बैंडविड्थ होनी चाहिए, और इसकी केंद्र आवृत्ति किसी भी दृश्य प्रकाश आवृत्ति से काफी ऊपर होनी चाहिए।
पल्स चौड़ाई को प्रभावित करने वाले कारक
जबकि नैनोसेकंड या लंबी पल्स पल्स चौड़ाई में बहुत कम या कोई बदलाव के साथ फैलती है, यहां तक कि लंबी दूरी पर भी, अल्ट्राशॉर्ट पल्स विभिन्न कारकों से प्रभावित हो सकते हैं:
रंगीन फैलाव से बड़े पल्स फैलाव हो सकते हैं, हालांकि उन्हें विपरीत फैलाव के साथ पुन: संपीड़ित किया जा सकता है, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है, जो माइक्रोस्कोप फैलाव की भरपाई के लिए थोरलैब्स फेमटोसेकंड पल्स कंप्रेसर के कामकाज को दर्शाता है।
गैर-रैखिकताएं आमतौर पर पल्स की चौड़ाई को सीधे प्रभावित नहीं करती हैं, लेकिन वे व्यापक बैंडविड्थ को जन्म दे सकती हैं और पल्स को प्रसार में फैलाव के प्रति अधिक संवेदनशील बना सकती हैं।
किसी भी प्रकार का फाइबर (सीमित बैंडविड्थ वाले अन्य लाभ मीडिया सहित) बैंडविड्थ या अल्ट्राशॉर्ट पल्स के आकार को प्रभावित कर सकता है, और बैंडविड्थ में कमी से समय का विस्तार हो सकता है; ऐसे भी मामले हैं जहां जोर से चहकने वाली दालों की पल्स चौड़ाई कम हो जाती है क्योंकि स्पेक्ट्रम संकीर्ण हो जाता है।
