हाइब्रिड हाई-स्टेबिलिटी संकीर्ण-स्पेक्ट्रम निकट-अवरक्त लेस

हाल ही में, Shanxi विश्वविद्यालय के ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक संस्थान से प्रोफेसर लू हुआडोंग के अनुसंधान समूह ने उत्तेजित उत्सर्जन और ऑप्टिकल पैरामीट्रिक प्रक्रियाओं को मिलाकर उच्च-स्थिरता संकीर्ण-स्पेक्ट्रम के निकट-अवरक्त लेजर आउटपुट को प्राप्त करने के लिए एक विधि प्रस्तावित की। लाभ-स्विच किए गए लेजर के गुंजयमान गुहा में ऑप्टिकल पैरामीट्रिक प्रक्रिया को पेश करके, लेजर पल्स गठन प्रक्रिया में सहज विकिरण का अनुपात बहुत कम हो गया था, प्रभावी रूप से आउटपुट लेजर की नाड़ी चौड़ाई को संकीर्ण करता है और लेज़र पल्स के समय की जिटर को कम करता है। अंत में, 7.75 डब्ल्यू की आउटपुट पावर और 400.93 मेगाहर्ट्ज की एक स्पेक्ट्रम चौड़ाई के साथ एक नैनोसेकंड पल्स 830 एनएम निकट-अवरक्त लेजर आउटपुट प्राप्त किया गया था, और इसके पल्स टाइमिंग जिटर का मानक विचलन केवल 2.285 एनएस था। यह अध्ययन लॉकिंग नियंत्रण के बिना एक कॉम्पैक्ट, उच्च-शक्ति, उच्च-स्थिरता संकीर्ण-स्पेक्ट्रम लेजर को साकार करने के लिए एक नया विचार प्रदान करता है।

निकट-अवरक्त प्रकाश स्रोतों (700 ~ 1000 एनएम) का व्यापक रूप से सामग्री प्रसंस्करण, बायोमेडिसिन, पर्यावरण निगरानी और उनके उत्कृष्ट पैठ और कम बिखरने वाली विशेषताओं के कारण LIDAR का उपयोग किया गया है। Nonlinear फ़्रीक्वेंसी रूपांतरण तकनीक के माध्यम से, इसके आउटपुट तरंग दैर्ध्य को आगे टेराहर्ट्ज़, मध्य-अवरक्त, दृश्यमान प्रकाश और पराबैंगनी बैंड तक बढ़ाया जा सकता है, ताकि सुरक्षा का पता लगाने, लेजर संचार, लेजर प्रक्षेपण और लिथोग्राफी जैसे विविध अनुप्रयोगों की जरूरतों को पूरा किया जा सके।

वर्तमान में, गेन-स्विच किए गए टाइटेनियम नीलम लेज़रों का उपयोग आमतौर पर उच्च-शक्ति, संकीर्ण-स्पेक्ट्रम नैनोसेकंड पल्स निकट-अवरक्त लेजर आउटपुट प्राप्त करने के लिए किया जाता है। हालांकि, टाइटेनियम नीलम क्रिस्टल उच्च शक्ति पर पंप किए जाने पर थर्मल प्रभाव का उत्पादन करेंगे, जो लेजर की आउटपुट पावर, रूपांतरण दक्षता और बीम गुणवत्ता को गंभीरता से प्रतिबंधित करता है। जब टाइटेनियम नीलम लेजर को कम शक्ति पर संचालित किया जाता है, तो पल्स टाइमिंग में कम पंपिंग दर के कारण गंभीर घबराना होता है। इसके अलावा, ऑप्टिकल पैरामीट्रिक ऑसिलेटर को पंप करने के लिए 532 एनएम लेजर का उपयोग करना भी निकट-अवरक्त लेजर आउटपुट उत्पन्न करने के लिए एक प्रभावी तरीका है। यद्यपि यह विधि थर्मल प्रभावों से प्रतिबंधित नहीं है, चरण मिलान प्रक्रिया के निहित बड़े स्वीकृति बैंडविड्थ के कारण, उच्च शक्ति पर पंप किए जाने पर आउटपुट सिग्नल लाइट की वर्णक्रमीय चौड़ाई बड़ी होती है। अपनी वर्णक्रमीय चौड़ाई को प्रभावी ढंग से संकीर्ण करने के लिए, इसे उच्च गुणवत्ता वाले संकीर्ण-स्पेक्ट्रम लेज़रों की मदद से इंजेक्ट और लॉक किया जाना चाहिए, जो न केवल प्रकाश स्रोत की लागत को बढ़ाता है, बल्कि सिस्टम की स्थिरता को भी प्रभावित करता है।

वर्तमान तकनीकी कठिनाइयों को दूर करने के लिए, अनुसंधान समूह ने उत्तेजित उत्सर्जन और ऑप्टिकल पैरामीट्रिक प्रक्रियाओं को मिलाकर उच्च-स्थिरता संकीर्ण-स्पेक्ट्रम निकट-अवरक्त लेजर आउटपुट को प्राप्त करने के लिए एक विधि का प्रस्ताव किया। सबसे पहले, लेजर पल्स आउटपुट की गतिशील प्रक्रिया से पहले और बाद में ऑप्टिकल पैरामीट्रिक प्रक्रिया की शुरुआत में लाभ-स्विच किए गए टीआई: नीलम लेजर का सैद्धांतिक रूप से विश्लेषण किया गया था। जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, लाभ-स्विच किए गए लेजर में, जब लाभ माध्यम को पंप किया जाता है, तो डोपेड आयनों को जल्दी से लेजर के ऊपरी ऊर्जा स्तर पर तैनात किया जाता है, और फिर लेजर पल्स आउटपुट सहज उत्सर्जन और उत्तेजित उत्सर्जन की कार्रवाई के तहत बनता है; और जब ऑप्टिकल पैरामीट्रिक प्रक्रिया को गुंजयमान गुहा में पेश किया जाता है, तो ऑप्टिकल पैरामीट्रिक प्रक्रिया की बड़ी नॉनलाइनियर रूपांतरण दक्षता लेजर पल्स गठन प्रक्रिया में उत्तेजित उत्सर्जन दर को बढ़ा सकती है और सहज उत्सर्जन शब्दों के अनुपात को कम कर सकती है, ताकि आउटपुट लेसर की नाड़ी स्थापना समय और नाड़ी चौड़ाई को छोटा कर दिया जाए। इसके अलावा, चूंकि ऑप्टिकल पैरामीट्रिक प्रक्रिया में पंप लाइट और सिग्नल लाइट पल्स के बीच कोई देरी नहीं होती है, इसलिए आउटपुट लेजर के पल्स टाइमिंग जिटर में काफी सुधार होता है।

अनुसंधान समूह ने मिश्रित उत्तेजित उत्सर्जन और ऑप्टिकल पैरामीट्रिक प्रक्रियाओं के साथ एक निकट-अवरक्त लेजर डिज़ाइन किया जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। TI: नीलम क्रिस्टल और LBO नॉनलाइनियर क्रिस्टल को क्रमशः एक ही गुंजयमान गुहा में डाला गया है, जो कि लाभ मध्यम और ऑप्टिकल पैरामीट्रिक माध्यम के रूप में है। टीआई के बीच देरी को लचीले ढंग से नियंत्रित करने के लिए: नीलम लेजर और पैरामीट्रिक प्रक्रिया के सिग्नल लाइट, नैनोसेकंड पल्स 532 एनएम लेज़रों के दो सेट 6 kHz की पुनरावृत्ति आवृत्ति के साथ पंप स्रोतों के रूप में उपयोग किए जाते हैं, और एक देरी/नाड़ी जनरेटर का उपयोग दो पंप स्रोतों की नाड़ी को ट्रिगर करने के लिए किया जाता है। इसके अलावा, टीआई की स्पेक्ट्रम चौड़ाई को संकीर्ण करने के लिए: नीलम लेजर, 0.5 मिमी और 10 मिमी की मोटाई के साथ एटलॉन और चार संयुक्त बायरफ्रिंगेंट फिल्टर को गुंजयमान गुहा में डाला जाता है। अंत में, एक स्व-इंजेक्शन परावर्तक को आउटपुट मिरर के बाद डाला जाता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि टीआई की प्रसार दिशा: गुहा में प्रकाश की दोलन प्रकाश ऑप्टिकल पैरामीट्रिक प्रक्रिया के सिग्नल लाइट के अनुरूप है।

प्रयोग में, दो पंप लाइटों की पल्स टाइमिंग को एक देरी/पल्स जनरेटर द्वारा नियंत्रित किया जाता है, और ऑप्टिकल पैरामीट्रिक प्रक्रिया की शुरूआत के बाद आउटपुट लेजर की समय डोमेन विशेषताओं को अनुकूलित किया जाता है, जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है। ऑप्टिकल पैरामीट्रिक प्रक्रिया को लाभ-स्विच किए गए प्रसार को पूरा करने के बाद, प्रबल पैरामीटर प्रोसेसिंग प्रॉस्ट्रक्शन में। लेजर की, और एक ही समय में उत्तेजित उत्सर्जन दर को बढ़ाता है, ताकि आउटपुट लेजर की पल्स चौड़ाई 66.3 एनएस से 18.9 एनएस से कम हो, और पल्स स्थापना समय को 372.9 एनएस से 310 एनएस तक छोटा कर दिया जाए। इसी समय, ऑप्टिकल पैरामीट्रिक प्रक्रिया में पंप लाइट और सिग्नल लाइट पल्स के बीच कोई देरी की विशेषता के कारण, लाभ-स्विच किए गए लेजर की पल्स टाइमिंग घबराना भी काफी सुधार हुआ है, और इसका मानक विचलन 9.926 एनएस से घटकर 2.285 एनएस हो जाता है।

लाभ-स्विच किए गए लेजर में ऑप्टिकल पैरामीट्रिक प्रक्रिया को पेश करने और दो पंप प्रकाश दालों के समय को अनुकूलित करने के बाद, एक 7.75 डब्ल्यू 830 एनएम लेजर आउटपुट आखिरकार हासिल किया गया था, और इसकी शक्ति स्थिरता 0.85% (आरएमएस) से बेहतर थी, जैसा कि चित्र 4 (ए) में दिखाया गया है; अनुदैर्ध्य मोड विशेषताओं को एक स्कैनिंग एफपी गुहा (SA210-8B, थोरलैब्स) का उपयोग करके मापा गया था, और परिणामों से पता चला कि यह अधिकतम आउटपुट पावर में अच्छा एकल अनुदैर्ध्य मोड ऑपरेशन बनाए रख सकता है, जैसा कि चित्र 4 (बी) में दिखाया गया है; अनुप्रस्थ मोड विशेषताओं को एक बीम गुणवत्ता विश्लेषक (M2MSBC207VIS/M, ThorLabs) का उपयोग करके मापा गया था, और बीम गुणवत्ता M2 कारक क्रमशः X और Y दिशाओं में 1.37 और 1.47 से बेहतर था, जैसा कि चित्र 4 (C) में दिखाया गया है। एक ही समय में, बायरफ्रिंगेंट फिल्टर के ट्यूनिंग कोण और एलबीओ क्रिस्टल के तापमान को स्कैन करके, 764.90 एनएम से 873.43 एनएम तक तरंग दैर्ध्य ट्यूनिंग की एक विस्तृत श्रृंखला प्राप्त की गई थी, जैसा कि चित्र 4 (डी) में दिखाया गया है।

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टीम ने उत्तेजित उत्सर्जन और ऑप्टिकल पैरामीट्रिक प्रक्रियाओं को मिलाकर उच्च-स्थिरता, उच्च-ऊर्जा निकट-अवरक्त लेजर आउटपुट को प्राप्त करने के लिए एक विधि बनाई, और कॉम्पैक्ट संरचना, उच्च स्थिरता और संकीर्ण वर्णक्रमीय चौड़ाई के साथ एक निकट-अवरक्त लेजर का एहसास किया। लाभ-स्विच किए गए लेजर गुंजयमानों में ऑप्टिकल पैरामीट्रिक प्रक्रिया को पेश करके, आउटपुट लेजर के समय डोमेन विशेषताओं में बहुत सुधार हुआ था। अंत में, 7.75 डब्ल्यू की अधिकतम आउटपुट पावर के साथ एक कॉम्पैक्ट 830 एनएम निकट-अवरक्त लेजर और 400.93 मेगाहर्ट्ज की एक वर्णक्रमीय चौड़ाई प्राप्त की गई, जिसमें पल्स चौड़ाई 18.9 एनएस के रूप में संकीर्ण थी और पल्स टाइमिंग जिटर का एक मानक विचलन 2.285 एनएस तक कम हो गया।