संकीर्ण - Linewidth लेजर अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में महत्वपूर्ण हैं, जिसमें सटीक संवेदन, स्पेक्ट्रोस्कोपी और क्वांटम विज्ञान शामिल हैं। वर्णक्रमीय चौड़ाई के अलावा, स्पेक्ट्रल आकार भी एक महत्वपूर्ण कारक है, जो विशिष्ट अनुप्रयोग के आधार पर है। उदाहरण के लिए, लेजर लाइन के दोनों ओर पावर क्वांटम बिट्स के ऑप्टिकल हेरफेर में त्रुटियों का परिचय दे सकती है और परमाणु घड़ियों की सटीकता को प्रभावित कर सकती है। लेजर आवृत्ति शोर के बारे में, लेजर मोड में सहज उत्सर्जन द्वारा उत्पन्न फूरियर घटक आमतौर पर 105 हर्ट्ज से अधिक होते हैं, और ये घटक लाइनविड्थ के दोनों ओर आयाम निर्धारित करते हैं। हेनरी एन्हांसमेंट कारक के साथ संयुक्त, ये कारक सामूहिक रूप से क्वांटम सीमा को परिभाषित करते हैं, जिसे स्कॉवो - टाउनस (एसटी) सीमा के रूप में जाना जाता है, जो तकनीकी शोर जैसे कि गुहा कंपन और लंबाई ड्रिफ्ट को खत्म करने के बाद प्रभावी लाइनविड्थ की प्राप्त योग्य निचली सीमा को स्थापित करता है।
इसलिए, क्वांटम शोर को कम करना संकीर्ण - Linewidth लेजर डिज़ाइन का एक महत्वपूर्ण पहलू है। व्यवहार में, वांछित लाइनविड्थ एसटी सीमा के प्रमुख कारकों को समायोजित करके प्राप्त किया जाता है: लेजर पावर, उच्च - q - कारक गुहाओं का उपयोग करते हुए, और कम क्षेत्र आयाम के साथ लाभ मीडिया का चयन करना - अपवर्तक सूचकांक युग्मन (कम हेनरी कारक)। टाइटेनियम नीलम लेज़रों, फाइबर लेजर, और बाहरी गुहा सेमीकंडक्टर लेजर जैसे लेजर लेज़रों के विशिष्ट उदाहरण हैं जो हर्ट्ज़ - को प्राप्त करने में सक्षम हैं, जो कि सबसे अधिक मांग वाले लेज़र अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक हैं। हालांकि, लेज़रों को डिजाइन करना जो एक साथ किसी दिए गए एप्लिकेशन की लाइनविड्थ, पावर और वेवलेंथ आवश्यकताओं को पूरा करते हैं, चुनौतीपूर्ण बनी हुई हैं।
मैक्वेरी विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने डायमंड क्रिस्टल का उपयोग करके इस तकनीक का परीक्षण किया, जो उत्कृष्ट थर्मल प्रदर्शन प्रदान करते हैं और एक स्थिर परीक्षण वातावरण प्रदान करते हैं। उन्होंने जानबूझकर एक "शोर" इनपुट बीम का परीक्षण किया, जिसमें एक गुहा के भीतर कुछ मिलीमीटर के व्यास के व्यास के साथ एक हीरे के क्रिस्टल का उपयोग करके 10 मेगाहर्ट्ज से अधिक एक लाइनविड्थ के साथ एक लाइनविड्थ था। उनकी रमन बिखरने की तकनीक ने आउटपुट लेजर बीम के लाइनविड्थ को 1 kHz, उनके डिटेक्शन सिस्टम की सीमा तक संपीड़ित किया, जो 10,000 बार से अधिक के संपीड़न कारक को प्राप्त करता है।
चित्रा 1। एकल - पक्षीय PSD माप परिणाम उच्च आवृत्तियों पर पंप बीज और स्टोक्स घटकों के महत्वपूर्ण शोर संकीर्णता दिखाते हैं।
अनुसंधान टीम ने सामग्री के भीतर उच्च - आवृत्ति कंपन को उत्तेजित करने के लिए उत्तेजित रमन बिखरने के सिद्धांत का उपयोग किया, पारंपरिक तरीकों की तुलना में हजारों गुना अधिक प्रभावी प्रभाव को प्राप्त किया। अनिवार्य रूप से, यह विभिन्न प्रकार के इनपुट लेज़रों पर लागू एक नई लेजर स्पेक्ट्रल शोधन तकनीक का प्रतिनिधित्व करता है, जो लेजर प्रौद्योगिकी में एक मौलिक सफलता को चिह्नित करता है।
यह नई तकनीक प्रकाश तरंगों में मामूली यादृच्छिक लौकिक विविधताओं के मुद्दे को संबोधित करती है जो लेजर बीम शुद्धता में गिरावट का कारण बनती है और सटीकता को कम करती है। एक आदर्श लेजर में, सभी प्रकाश तरंगों को पूरी तरह से - को सिंक्रनाइज़ किया जाना चाहिए, लेकिन वास्तव में, कुछ हल्की तरंगें दूसरों के पीछे थोड़ा नेतृत्व या पिछड़ सकती हैं, जिससे प्रकाश के चरण में उतार -चढ़ाव होता है। ये चरण उतार -चढ़ाव लेजर स्पेक्ट्रम - में "शोर" उत्पन्न करते हैं, जो लेजर की आवृत्ति को धुंधला कर देता है और इसकी रंग शुद्धता को कम करता है।
रमन प्रौद्योगिकी का सिद्धांत इन लौकिक अनियमितताओं को एक हीरे के क्रिस्टल के भीतर कंपन में परिवर्तित करना है, जो तेजी से अवशोषित और विघटित हो जाते हैं (एक सेकंड के कुछ ट्रिलियनवें के भीतर)। यह शेष प्रकाश तरंगों को चिकनी दोलनों के साथ छोड़ देता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च वर्णक्रमीय शुद्धता और लेजर स्पेक्ट्रम पर एक महत्वपूर्ण संकीर्ण प्रभाव होता है।
चित्रा 2। (ए) लेजर सिस्टम के योजनाबद्ध आरेख, प्रमुख घटकों को दिखाते हुए। WNG: सफेद शोर जनरेटर, OC: आउटपुट कपलर, IC: इनपुट कपलर, EOM: इलेक्ट्रो - ऑप्टिक मॉड्यूलेटर, LBO: लिथियम बोरेट, λ/2: आधा - वेव प्लेट। (बी) फीडबैक (नारंगी) के साथ और फीडबैक (नीला) के साथ स्टोक्स आवृत्ति बहाव। फीडबैक मामले के लिए, पीजोइलेक्ट्रिक वोल्टेज को बहाव मुआवजे को इंगित करने के लिए शामिल किया गया है।
अपने असाधारण लाइनविड्थ संकीर्ण प्रभाव के अलावा, शोधकर्ताओं ने पाया कि इसकी रमन तकनीक पारंपरिक ब्रिलॉइन विधियों पर कई फायदे प्रदान करती है, जिसमें छोटे न्यूनतम लाइनविथ्स प्राप्त करना शामिल है। ये अल्ट्रा - संकीर्ण लाइनविड्थ लेजर में कई कटिंग - एज एप्लीकेशन एरिया:
क्वांटम कंप्यूटर: क्वांटम बिट्स (क्यूबिट्स) में हेरफेर करना, क्वांटम जानकारी की मूलभूत इकाइयाँ, बेहद सटीक लेजर नियंत्रण की आवश्यकता होती है। वर्तमान लेजर चरण शोर का परिचय देते हैं, जिससे क्वांटम कंप्यूटिंग में त्रुटियां होती हैं। बेहतर वर्णक्रमीय शुद्धता क्वांटम कंप्यूटर की विश्वसनीयता को बढ़ाएगी।
परमाणु घड़ियाँ: परमाणु घड़ियाँ GPS नेविगेशन की नींव बनाते हैं। उच्च वर्णक्रमीय शुद्धता उनके प्रदर्शन को बढ़ाएगी और भविष्य में मौलिक भौतिकी में नई खोजों को चला सकती है।
गुरुत्वाकर्षण तरंग का पता लगाना: गुरुत्वाकर्षण वेव डिटेक्टर, जो स्पेसटाइम में बेहद छोटी विकृतियों को मापते हैं, संकीर्ण लाइनविथ्स के साथ लेजर बीम का उपयोग करके अधिक संवेदनशील हो सकते हैं, संभावित रूप से दूर के ब्रह्मांडीय घटनाओं से कमजोर संकेतों का पता लगाने में सक्षम हो सकते हैं।
