லேசர்களில் வரி அகலத்தின் வரையறை

லேசரின் லைன்வித்த், குறிப்பாக ஒற்றை அதிர்வெண் லேசர், அதன் ஸ்பெக்ட்ரமின் அகலத்தைக் குறிக்கிறது (பொதுவாக முழு அகலம் பாதி அதிகபட்சம், FWHM). இன்னும் துல்லியமாக, இது அதிர்வெண், அலைஎண் அல்லது அலைநீளம் ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் வெளிப்படுத்தப்படும் கதிர்வீச்சு மின்புல ஆற்றல் நிறமாலை அடர்த்தியின் அகலமாகும். லேசரின் கோடு அகலமானது தற்காலிக ஒத்திசைவுடன் நெருக்கமாக தொடர்புடையது மற்றும் ஒத்திசைவு நேரம் மற்றும் ஒத்திசைவு நீளம் ஆகியவற்றால் வகைப்படுத்தப்படுகிறது. கட்டம் வரம்பற்ற மாற்றத்திற்கு உட்பட்டால், கட்ட இரைச்சல் வரி அகலத்திற்கு பங்களிக்கிறது; இலவச ஆஸிலேட்டர்களின் நிலை இதுதான். (மிகச் சிறிய கட்ட இடைவெளியில் கட்டப்பட்ட ஏற்ற இறக்கங்கள் பூஜ்ஜிய லைன்வித்த் மற்றும் சில இரைச்சல் பக்கப்பட்டைகளை உருவாக்குகின்றன.) எதிரொலிக்கும் குழி நீளத்தின் மாற்றங்களும் கோடு அகலத்திற்கு பங்களித்து, அதை அளவீட்டு நேரத்தைச் சார்ந்திருக்கும். லைன்அகலம் மட்டும் அல்லது விரும்பத்தக்க நிறமாலை வடிவம் (வரிவடிவம்) கூட லேசர் ஸ்பெக்ட்ரம் பற்றிய முழு தகவலை வழங்க முடியாது என்பதை இது குறிக்கிறது.

II. லேசர் கோடு அகல அளவீடு

லேசர் லைன்அகலத்தை அளவிட பல நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தலாம்:

1. லைன்வித்த் ஒப்பீட்டளவில் பெரியதாக இருக்கும் போது (>10 GHz, பல லேசர் அதிர்வுத் துவாரங்களில் பல முறைகள் ஊசலாடும்போது), டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் கிராட்டிங்கைப் பயன்படுத்தும் பாரம்பரிய நிறமாலையைப் பயன்படுத்தி அதை அளவிட முடியும். இருப்பினும், இந்த முறையைப் பயன்படுத்தி அதிக அதிர்வெண் தெளிவுத்திறனைப் பெறுவது கடினம்.

2. அதிர்வெண் ஏற்ற இறக்கங்களை தீவிர ஏற்ற இறக்கங்களாக மாற்ற அதிர்வெண் பாகுபடுத்தியைப் பயன்படுத்துவது மற்றொரு முறை. பாகுபாடு காண்பவர் ஒரு சமநிலையற்ற இன்டர்ஃபெரோமீட்டர் அல்லது உயர் துல்லியமான குறிப்பு குழியாக இருக்கலாம். இந்த அளவீட்டு முறையும் வரையறுக்கப்பட்ட தெளிவுத்திறனைக் கொண்டுள்ளது.

3. ஒற்றை அதிர்வெண் லேசர்கள் பொதுவாக ஒரு சுய-ஹீட்டோரோடைன் முறையைப் பயன்படுத்துகின்றன, இது ஆஃப்செட் மற்றும் தாமதத்திற்குப் பிறகு லேசர் வெளியீடு மற்றும் அதன் சொந்த அதிர்வெண் இடையே துடிப்பைப் பதிவு செய்கிறது.

4. பல நூறு ஹெர்ட்ஸ் லைன்விட்த்களுக்கு, பாரம்பரிய சுய-ஹீட்டோரோடைன் நுட்பங்கள் நடைமுறைக்கு மாறானவை, ஏனெனில் அவற்றுக்கு ஒரு பெரிய தாமத நீளம் தேவைப்படுகிறது. இந்த நீளத்தை நீட்டிக்க ஒரு சுழற்சி ஃபைபர் லூப் மற்றும் உள்ளமைக்கப்பட்ட ஃபைபர் பெருக்கி பயன்படுத்தப்படலாம்.

5. இரண்டு சுயாதீன லேசர்களின் துடிப்புகளைப் பதிவு செய்வதன் மூலம் மிக உயர்ந்த தெளிவுத்திறனைப் பெறலாம், அங்கு குறிப்பு லேசரின் சத்தம் சோதனை லேசரை விட மிகக் குறைவாக இருக்கும் அல்லது அவற்றின் செயல்திறன் குறிப்புகள் ஒத்ததாக இருக்கும். ஒரு கட்டம் பூட்டப்பட்ட வளையம் அல்லது கணித பதிவுகளின் அடிப்படையில் உடனடி அதிர்வெண் வேறுபாட்டின் கணக்கீடு பயன்படுத்தப்படலாம். இந்த முறை மிகவும் எளிமையானது மற்றும் நிலையானது, ஆனால் மற்றொரு லேசர் தேவைப்படுகிறது (சோதனை லேசரின் அதிர்வெண்ணுக்கு அருகில் செயல்படுகிறது). அளவிடப்பட்ட கோடு அகலத்திற்கு பரந்த நிறமாலை வரம்பு தேவைப்பட்டால், அதிர்வெண் சீப்பு மிகவும் வசதியானது.

ஆப்டிகல் அதிர்வெண் அளவீடுகளுக்கு சில நேரங்களில் ஒரு குறிப்பிட்ட அதிர்வெண் (அல்லது நேரம்) குறிப்பு தேவைப்படுகிறது. குறுகிய-கோடு அகல ஒளிக்கதிர்களுக்கு, போதுமான துல்லியமான குறிப்பை வழங்க ஒரே ஒரு குறிப்பு கற்றை மட்டுமே தேவைப்படுகிறது. சுய-ஹீட்டோரோடைன் நுட்பங்கள் சோதனை அமைப்பிலேயே போதுமான நீண்ட கால தாமதத்தைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் அதிர்வெண் குறிப்பைப் பெறுகின்றன, ஆரம்ப கற்றை மற்றும் அதன் சொந்த தாமதமான கற்றை இடையே தற்காலிக ஒத்திசைவைத் தவிர்க்கிறது. எனவே, நீண்ட ஒளியிழைகள் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இருப்பினும், நிலையான ஏற்ற இறக்கங்கள் மற்றும் ஒலி விளைவுகள் காரணமாக, நீண்ட இழைகள் கூடுதல் கட்ட இரைச்சலை அறிமுகப்படுத்துகின்றன.

1/f அதிர்வெண் இரைச்சல் இருக்கும் போது, ​​கோடு அகலம் மட்டும் கட்டப் பிழையை முழுமையாக விவரிக்க முடியாது. கட்டத்தின் ஃபோரியர் ஸ்பெக்ட்ரம் அல்லது உடனடி அதிர்வெண் ஏற்ற இறக்கங்களை அளவிடுவது ஒரு சிறந்த அணுகுமுறையாகும், பின்னர் அதை சக்தி நிறமாலை அடர்த்தியைப் பயன்படுத்தி வகைப்படுத்தலாம்; இரைச்சல் செயல்திறன் குறிகாட்டிகளைக் குறிப்பிடலாம். 1/f இரைச்சல் (அல்லது பிற குறைந்த அதிர்வெண் இரைச்சல்களின் இரைச்சல் ஸ்பெக்ட்ரம்) சில அளவீட்டு சிக்கல்களை ஏற்படுத்தும்.

III. லேசர் லைன்வித்த்தை குறைத்தல்

லேசர் லைன்வித்த் லேசர் வகையுடன் நேரடியாக தொடர்புடையது. லேசர் வடிவமைப்பை மேம்படுத்துவதன் மூலமும் வெளிப்புற இரைச்சல் தாக்கங்களை அடக்குவதன் மூலமும் அதைக் குறைக்கலாம். குவாண்டம் இரைச்சல் அல்லது கிளாசிக்கல் இரைச்சல் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறதா என்பதைத் தீர்மானிப்பது முதல் படியாகும், ஏனெனில் இது அடுத்தடுத்த அளவீடுகளை பாதிக்கும்.

உள்குழி சக்தி அதிகமாக இருக்கும் போது, ​​அதிர்வு குழி இழப்பு குறைவாக இருக்கும், மற்றும் அதிர்வு குழி சுற்று பயண நேரம் நீண்டதாக இருக்கும் போது, ​​லேசரின் குவாண்டம் சத்தம் (முக்கியமாக தன்னிச்சையான உமிழ்வு சத்தம்) ஒரு சிறிய தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது. கிளாசிக்கல் சத்தம் இயந்திர ஏற்ற இறக்கங்களால் ஏற்படலாம், இது ஒரு சிறிய, குறுகிய லேசர் ரெசனேட்டரைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் குறைக்கப்படலாம். இருப்பினும், நீள ஏற்ற இறக்கங்கள் சில சமயங்களில் கூட குறுகிய ரெசனேட்டர்களில் வலுவான விளைவை ஏற்படுத்தும். முறையான இயந்திர வடிவமைப்பு லேசர் ரெசனேட்டர் மற்றும் வெளிப்புற கதிர்வீச்சுகளுக்கு இடையில் இணைப்பதைக் குறைக்கலாம், மேலும் வெப்ப சறுக்கல் விளைவுகளையும் குறைக்கலாம். பம்ப் பவர் ஏற்ற இறக்கங்களால் ஏற்படும் ஆதாய ஊடகத்திலும் வெப்ப ஏற்ற இறக்கங்கள் உள்ளன. சிறந்த இரைச்சல் செயல்திறனுக்காக, பிற செயலில் உறுதிப்படுத்தும் சாதனங்கள் தேவை, ஆனால் ஆரம்பத்தில், நடைமுறை செயலற்ற முறைகள் விரும்பத்தக்கவை. ஒற்றை அதிர்வெண் திட-நிலை லேசர்கள் மற்றும் ஃபைபர் லேசர்களின் லைன்வித்த்கள் 1-2 ஹெர்ட்ஸ் வரம்பில் இருக்கும், சில சமயங்களில் 1 கிலோஹெர்ட்ஸ்க்குக் கீழேயும் இருக்கும். செயலில் நிலைப்படுத்தல் முறைகள் 1 kHz க்குக் கீழே வரி அகலத்தை அடையலாம். லேசர் டையோட்களின் லைன்வித்த்கள் பொதுவாக MHz வரம்பில் இருக்கும், ஆனால் kHz ஆகக் குறைக்கப்படலாம், எடுத்துக்காட்டாக, வெளிப்புற குழி டையோடு லேசர்களில், குறிப்பாக ஆப்டிகல் பின்னூட்டம் மற்றும் உயர் துல்லியமான குறிப்பு குழிவுகள்.

IV. குறுகலான கோடு அகலங்களில் இருந்து எழும் சிக்கல்கள்

சில சந்தர்ப்பங்களில், லேசர் மூலத்திலிருந்து மிகக் குறுகிய பீம்விட்த் தேவையில்லை:

1. ஒத்திசைவு நீளம் நீண்டதாக இருக்கும்போது, ​​ஒத்திசைவு விளைவுகள் (பலவீனமான ஒட்டுண்ணி பிரதிபலிப்புகளின் காரணமாக) கற்றை வடிவத்தை சிதைக்கலாம். 1. லேசர் ப்ரொஜெக்ஷன் டிஸ்ப்ளேகளில், ஸ்பெக்கிள் எஃபெக்ட்ஸ் மேற்பரப்பு தரத்தில் குறுக்கிடலாம்.

2. செயலில் அல்லது செயலற்ற ஆப்டிகல் ஃபைபர்களில் ஒளி பரவும் போது, ​​குறுகிய கோடு அகலங்கள் தூண்டப்பட்ட பிரில்லூயின் சிதறல் காரணமாக சிக்கல்களை ஏற்படுத்தும். இதுபோன்ற சந்தர்ப்பங்களில், லைன்விட்த்தை அதிகரிக்க வேண்டியது அவசியம், எடுத்துக்காட்டாக, தற்போதைய பண்பேற்றத்தைப் பயன்படுத்தி லேசர் டையோட் அல்லது ஆப்டிகல் மாடுலேட்டரின் நிலையற்ற அதிர்வெண்ணை விரைவாகக் குறைப்பதன் மூலம். லைன்விட்த் ஆப்டிகல் மாற்றங்களின் அகலத்தை விவரிக்கவும் பயன்படுத்தப்படுகிறது (எ.கா., லேசர் மாற்றங்கள் அல்லது சில உறிஞ்சுதல் பண்புகள்). நிலையான ஒற்றை அணு அல்லது அயனியின் மாற்றங்களில், கோடு அகலமானது மேல் ஆற்றல் நிலையின் ஆயுட்காலத்துடன் தொடர்புடையது (இன்னும் துல்லியமாக, மேல் மற்றும் கீழ் ஆற்றல் நிலைகளுக்கு இடையிலான வாழ்நாள்), மேலும் இது இயற்கையான கோடு அகலம் என்று அழைக்கப்படுகிறது. அணுக்கள் அல்லது அயனிகளின் இயக்கம் (டாப்ளர் விரிவுபடுத்துதலைப் பார்க்கவும்) அல்லது பரஸ்பரம் கோடு அகலத்தை விரிவுபடுத்தலாம், அதாவது வாயுக்களில் அழுத்தம் விரிவாக்கம் அல்லது திட ஊடகங்களில் ஃபோனான் இடைவினைகள் போன்றவை. வெவ்வேறு அணுக்கள் அல்லது அயனிகள் வித்தியாசமாக பாதிக்கப்பட்டால், சீரற்ற விரிவடைதல் ஏற்படலாம்.