அல்ட்ராஃபாஸ்ட் பெருக்கி

வரையறை: அல்ட்ராஷார்ட் ஆப்டிகல் பருப்புகளைப் பெருக்கும் ஒரு பெருக்கி.
அல்ட்ராஃபாஸ்ட் பெருக்கிகள் என்பது அல்ட்ராஷார்ட் பருப்புகளைப் பெருக்கப் பயன்படும் ஆப்டிகல் பெருக்கிகள் ஆகும். சில அல்ட்ராஃபாஸ்ட் பெருக்கிகள், துடிப்பு ஆற்றல் மிதமான அளவில் இருக்கும் போது, ​​மிக அதிக சராசரி ஆற்றலைப் பெற, அதிக ரிப்பீட் ரேட் துடிப்பு ரயில்களைப் பெருக்கப் பயன்படுகிறது, மற்ற சமயங்களில் குறைந்த ரிப்பீட் ரேட் பருப்புகள் அதிக ஆதாயத்தைப் பெறுகின்றன மற்றும் மிக அதிக துடிப்பு ஆற்றலையும் ஒப்பீட்டளவில் பெரிய உச்ச சக்தியையும் பெறுகின்றன. இந்த தீவிர துடிப்புகள் சில இலக்குகளில் கவனம் செலுத்தும் போது, ​​மிக அதிக ஒளி தீவிரங்கள் பெறப்படுகின்றன, சில நேரங்களில் 1016âW/cm2 ஐ விட அதிகமாக இருக்கும்.
எடுத்துக்காட்டாக, 100 மெகா ஹெர்ட்ஸ் துடிப்புத் துடிப்பு வீதம், 100 எஃப்எஸ் நீளம் மற்றும் சராசரி சக்தி 0.1 வாட் கொண்ட பயன்முறையில் பூட்டப்பட்ட லேசரின் வெளியீட்டைக் கவனியுங்கள். எனவே துடிப்பு ஆற்றல் 0.1W/100MHz=1nJ, மற்றும் உச்ச சக்தி 10kW க்கும் குறைவாக உள்ளது (துடிப்பு வடிவத்துடன் தொடர்புடையது). ஒரு உயர் சக்தி பெருக்கி, முழு துடிப்பிலும் செயல்படுகிறது, அதன் சராசரி சக்தியை 10W ஆக அதிகரிக்கலாம், இதனால் துடிப்பு ஆற்றலை 100nJ ஆக அதிகரிக்கிறது. மாற்றாக, பல்ஸ் ரிப்பீட் விகிதத்தை 1 kHz ஆகக் குறைக்க, பெருக்கிக்கு முன் ஒரு பல்ஸ் பிக்அப்பைப் பயன்படுத்தலாம். உயர்-சக்தி பெருக்கியானது சராசரி சக்தியை 10W ஆக அதிகரித்தால், இந்த நேரத்தில் துடிப்பு ஆற்றல் 10mJ ஆக உள்ளது, மேலும் உச்ச சக்தி 100GW ஐ அடையலாம்.

அல்ட்ராஃபாஸ்ட் பெருக்கிகளுக்கான சிறப்புத் தேவைகள்:
ஆப்டிகல் பெருக்கிகளின் வழக்கமான தொழில்நுட்ப விவரங்களுக்கு கூடுதலாக, அல்ட்ராஃபாஸ்ட் சாதனங்கள் கூடுதல் சிக்கல்களை எதிர்கொள்கின்றன:
குறிப்பாக உயர் ஆற்றல் அமைப்புகளுக்கு, பெருக்கியின் ஆதாயம் மிகப் பெரியதாக இருக்க வேண்டும். மேலே விவாதிக்கப்பட்ட அயனிகளில், 70dB வரை ஆதாயம் தேவை. ஒற்றை-பாஸ் பெருக்கிகள் ஆதாயத்தில் குறைவாக இருப்பதால், பல சேனல் செயல்பாடு பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. நேர்மறை பின்னூட்ட பெருக்கிகள் மூலம் மிக அதிக ஆதாயங்களை அடைய முடியும். கூடுதலாக, பல-நிலை பெருக்கிகள் (பெருக்கி சங்கிலிகள்) பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, அங்கு முதல் நிலை அதிக ஆதாயத்தை வழங்குகிறது மற்றும் கடைசி நிலை அதிக துடிப்பு ஆற்றல் மற்றும் திறமையான ஆற்றல் பிரித்தெடுப்பதற்கு உகந்ததாக உள்ளது.
அதிக ஆதாயம் என்பது பொதுவாக பின்-பிரதிபலித்த ஒளிக்கு அதிக உணர்திறன் (நேர்மறை பின்னூட்ட பெருக்கிகளைத் தவிர) மற்றும் பெருக்கப்பட்ட தன்னிச்சையான உமிழ்வை (ASE) உருவாக்கும் அதிகப் போக்கைக் குறிக்கிறது. ஒரு குறிப்பிட்ட அளவிற்கு, பெருக்கிகளின் இரண்டு நிலைகளுக்கு இடையே ஆப்டிகல் சுவிட்சை (ஒலி-ஆப்டிகல் மாடுலேட்டர்) வைப்பதன் மூலம் ASE ஐ அடக்கலாம். இந்த சுவிட்சுகள் பெருக்கப்பட்ட துடிப்பின் உச்சத்தை சுற்றி மிக குறுகிய நேர இடைவெளியில் மட்டுமே திறக்கப்படும். இருப்பினும், துடிப்பு நீளத்துடன் ஒப்பிடும்போது இந்த நேர இடைவெளி இன்னும் நீண்டது, எனவே துடிப்புக்கு அருகில் ASE பின்னணி இரைச்சலை அடக்குவது சாத்தியமில்லை. ஆப்டிகல் பாராமெட்ரிக் பெருக்கிகள் இந்த விஷயத்தில் சிறப்பாகச் செயல்படுகின்றன, ஏனெனில் அவை பம்ப் பல்ஸ் கடந்து செல்லும் போது மட்டுமே ஆதாயத்தை அளிக்கின்றன. Backpropagating ஒளி பெருக்கப்படவில்லை.
அல்ட்ராஷார்ட் பருப்புகளில் குறிப்பிடத்தக்க அலைவரிசை உள்ளது, இது பெருக்கியில் உள்ள ஆதாய-குறுகலான விளைவால் குறைக்கப்படலாம், இதன் விளைவாக நீண்ட பெருக்கப்பட்ட துடிப்பு நீளம் ஏற்படுகிறது. துடிப்பு நீளம் பத்து ஃபெம்டோசெகண்டுகளுக்குக் குறைவாக இருக்கும்போது, ​​அல்ட்ரா-வைட்பேண்ட் பெருக்கி தேவைப்படுகிறது. அதிக ஆதாய அமைப்புகளில் ஆதாயக் குறுக்கம் மிகவும் முக்கியமானது.
குறிப்பாக அதிக துடிப்பு ஆற்றல்கள் கொண்ட அமைப்புகளுக்கு, பல்வேறு நேரியல் அல்லாத விளைவுகள் துடிப்பின் தற்காலிக மற்றும் இடஞ்சார்ந்த வடிவத்தை சிதைக்கலாம், மேலும் சுய-கவனம் செலுத்தும் விளைவுகளால் பெருக்கியை சேதப்படுத்தலாம். இந்த விளைவை அடக்குவதற்கான ஒரு சிறந்த வழி, சிர்ப்ட் பல்ஸ் பெருக்கியை (சிபிஏ) பயன்படுத்துவதாகும், அங்கு துடிப்பு முதலில் 1 என்எஸ் நீளத்திற்கு விரிவடைகிறது, எடுத்துக்காட்டாக, பெருக்கி, இறுதியாக சிதறல் சுருக்கப்படுகிறது. மற்றொரு குறைவான பொதுவான மாற்று ஒரு துணை துடிப்பு பெருக்கி பயன்படுத்த வேண்டும். மற்றொரு முக்கியமான முறை, ஒளியின் தீவிரத்தைக் குறைக்க பெருக்கியின் பயன்முறைப் பகுதியை அதிகரிப்பதாகும்.
ஒற்றை-பாஸ் பெருக்கிகளுக்கு, வலுவான நேரியல் அல்லாத விளைவுகளை ஏற்படுத்தாமல் துடிப்பு ஃப்ளக்ஸ் செறிவு ஃப்ளக்ஸ் நிலைகளை அடைய அனுமதிக்க துடிப்பு நீளம் போதுமானதாக இருந்தால் மட்டுமே திறமையான ஆற்றல் பிரித்தெடுத்தல் சாத்தியமாகும்.
அல்ட்ராஃபாஸ்ட் பெருக்கிகளுக்கான வெவ்வேறு தேவைகள் துடிப்பு ஆற்றல், துடிப்பு நீளம், மறுநிகழ்வு விகிதம், சராசரி அலைநீளம் போன்றவற்றில் உள்ள வேறுபாடுகளில் பிரதிபலிக்கின்றன. அதன்படி, வெவ்வேறு சாதனங்களை ஏற்றுக்கொள்ள வேண்டும். பல்வேறு வகையான அமைப்புகளுக்குப் பெறப்பட்ட சில வழக்கமான செயல்திறன் அளவீடுகள் கீழே உள்ளன:
Ytterbium-doped fibre amplifier ஆனது 100MHz இல் 10ps இன் துடிப்பு ரயிலை சராசரியாக 10W ஆக அதிகரிக்க முடியும். (இந்த திறன் கொண்ட ஒரு அமைப்பு சில நேரங்களில் அல்ட்ராஃபாஸ்ட் ஃபைபர் லேசர் என குறிப்பிடப்படுகிறது, இது உண்மையில் ஒரு மாஸ்டர் ஆஸிலேட்டர் பவர் ஆம்ப்ளிஃபையர் சாதனமாக இருந்தாலும் கூட.) 10 kW உச்ச சக்திகள் பெரிய பயன்முறை பகுதிகளுடன் ஃபைபர் பெருக்கிகளைப் பயன்படுத்தி அடைய ஒப்பீட்டளவில் எளிதானது. ஆனால் ஃபெம்டோசெகண்ட் பருப்புகளுடன், அத்தகைய அமைப்பு மிகவும் வலுவான நேரியல் அல்லாத விளைவுகளை ஏற்படுத்தும். ஃபெம்டோசெகண்ட் பருப்புகளில் தொடங்கி, அதைத் தொடர்ந்து சிர்ப்ட் பல்ஸ் பெருக்கம், ஒரு சில மைக்ரோஜூல்களின் ஆற்றல்களை எளிதாகப் பெறலாம் அல்லது தீவிர நிகழ்வுகளில் 1 mJ ஐ விட அதிகமாக இருக்கும். ஒரு மாற்று அணுகுமுறை ஒரு இழையில் ஒரு பரவளைய துடிப்பை சாதாரண சிதறலுடன் பெருக்குவது, அதைத் தொடர்ந்து துடிப்பின் சிதறல் சுருக்கம்.
Ti:Sapphire-அடிப்படையிலான பெருக்கி போன்ற பல-பாஸ் மொத்த பெருக்கி, 10 ஹெர்ட்ஸ் போன்ற ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த துடிப்பு விகிதங்களுடன், 1 J வரிசையில் வெளியீட்டு ஆற்றல்களின் விளைவாக, ஒரு பெரிய பயன்முறை பகுதியை வழங்க முடியும். நேரியல் அல்லாத விளைவுகளை அடக்குவதற்கு சில நானோ விநாடிகள் துடிப்பு நீட்டுவது அவசியம். பின்னர் 20fs என்று சுருக்கினால், உச்ச சக்தியானது பத்து டெராவாட்களை (TW) எட்டும்; மிகவும் மேம்பட்ட பெரிய அமைப்புகள் 1PW ஐ விட அதிக உச்ச சக்தியை அடைய முடியும், இது picowats வரிசையில் உள்ளது. சிறிய அமைப்புகள், எடுத்துக்காட்டாக, 10 kHz இல் 1 mJ பருப்புகளை உருவாக்க முடியும். மல்டிபாஸ் பெருக்கியின் ஆதாயம் பொதுவாக 10dB வரிசையில் இருக்கும்.
ஒரு நேர்மறையான பின்னூட்ட பெருக்கியில் பல்லாயிரக்கணக்கான dB இன் உயர் ஆதாயத்தைப் பெறலாம். எடுத்துக்காட்டாக, Ti:Sapphire நேர்மறை பின்னூட்ட பெருக்கியைப் பயன்படுத்தி 1 nJ துடிப்பை 1 mJ ஆக பெருக்க முடியும். கூடுதலாக, நேரியல் அல்லாத விளைவுகளை அடக்குவதற்கு சிர்ப்ட் பல்ஸ் பெருக்கி தேவைப்படுகிறது.
யெட்டர்பியம்-டோப் செய்யப்பட்ட மெல்லிய-வட்டு லேசர் தலையை அடிப்படையாகக் கொண்ட நேர்மறையான பின்னூட்ட பெருக்கியைப் பயன்படுத்தி, 1 ps க்கும் குறைவான நீளமுள்ள பருப்புகளை CPA தேவையில்லாமல் பல நூறு மைக்ரோஜூல்களாகப் பெருக்க முடியும்.
க்யூ-ஸ்விட்ச் லேசர்களால் உருவாக்கப்படும் நானோ விநாடி பருப்புகளுடன் பம்ப் செய்யப்பட்ட ஃபைபர் பாராமெட்ரிக் பெருக்கிகள் பல மில்லிஜூல்களுக்கு நீட்டிக்கப்பட்ட துடிப்பு ஆற்றலைப் பெருக்கும். ஒற்றை-சேனல் செயல்பாட்டில் பல டெசிபல்களின் உயர் ஆதாயத்தை அடைய முடியும். சிறப்பு கட்டம் பொருந்தக்கூடிய கட்டமைப்புகளுக்கு, ஆதாய அலைவரிசை மிகவும் பெரியது, எனவே சிதறல் சுருக்கத்திற்குப் பிறகு மிகக் குறுகிய துடிப்பைப் பெறலாம்.
வணிகரீதியான அல்ட்ராஃபாஸ்ட் பெருக்கி அமைப்புகளின் செயல்திறன் விவரக்குறிப்புகள் பெரும்பாலும் அறிவியல் சோதனைகளில் பெறப்பட்ட சிறந்த செயல்திறனைக் காட்டிலும் குறைவாகவே இருக்கும். பல சந்தர்ப்பங்களில், முக்கிய காரணம், சோதனைகளில் பயன்படுத்தப்படும் சாதனங்கள் மற்றும் நுட்பங்கள் அவற்றின் நிலைத்தன்மை மற்றும் வலிமை இல்லாததால் வணிக சாதனங்களுக்குப் பயன்படுத்த முடியாது. எடுத்துக்காட்டாக, சிக்கலான ஆப்டிகல் ஃபைபர் அமைப்புகள் ஆப்டிகல் ஃபைபர்கள் மற்றும் ஃப்ரீ-ஸ்பேஸ் ஆப்டிக்ஸ் இடையே பல மாறுதல் செயல்முறைகளைக் கொண்டிருக்கின்றன. அனைத்து ஃபைபர் பெருக்கி அமைப்புகளும் உருவாக்கப்படலாம், ஆனால் இந்த அமைப்புகள் மொத்த ஒளியியலைப் பயன்படுத்தும் அமைப்புகளின் செயல்திறனை அடையவில்லை. ஒளியியல் அவற்றின் சேத வரம்புகளுக்கு அருகில் செயல்படும் பிற நிகழ்வுகளும் உள்ளன; இருப்பினும், வணிக சாதனங்களுக்கு, அதிக பாதுகாப்பு உத்தரவாதங்கள் தேவை. மற்றொரு சிக்கல் என்னவென்றால், சில சிறப்பு பொருட்கள் தேவைப்படுகின்றன, அவை பெற மிகவும் கடினம்.

விண்ணப்பம்:
அல்ட்ராஃபாஸ்ட் பெருக்கிகள் பல பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளன:
அடிப்படை ஆராய்ச்சிக்கு பல சாதனங்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. அவை உயர்-வரிசை ஹார்மோனிக் தலைமுறை போன்ற வலுவான நேரியல் அல்லாத செயல்முறைகளுக்கு வலுவான துடிப்புகளை வழங்கலாம் அல்லது துகள்களை மிக அதிக ஆற்றல்களுக்கு முடுக்கிவிடலாம்.
லேசர் தூண்டப்பட்ட இணைவுக்கான ஆராய்ச்சியில் பெரிய அல்ட்ராஃபாஸ்ட் பெருக்கிகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன (இனர்ஷியல் ஃபியூஷன் இணைவு, வேகமான பற்றவைப்பு).
மில்லிஜூல்களில் உள்ள ஆற்றல்களைக் கொண்ட பைக்கோசெகண்ட் அல்லது ஃபெம்டோசெகண்ட் பருப்பு வகைகள் துல்லியமான எந்திரத்தில் நன்மை பயக்கும். எடுத்துக்காட்டாக, மிகக் குறுகிய பருப்பு வகைகள் மெல்லிய உலோகத் தாள்களை மிகச் சரியாகவும் துல்லியமாகவும் வெட்ட அனுமதிக்கின்றன.
அல்ட்ராஃபாஸ்ட் பெருக்கி அமைப்புகள் தொழில்துறையில் அவற்றின் சிக்கலான தன்மை மற்றும் அதிக விலை காரணமாக செயல்படுத்த கடினமாக உள்ளது, மேலும் சில சமயங்களில் வலிமை இல்லாததால். இந்த வழக்கில், நிலைமையை மேம்படுத்த தொழில்நுட்ப ரீதியாக மேம்பட்ட முன்னேற்றங்கள் தேவை.