अल्ट्राफास्ट फाइबर लेजर तकनीक फेमटोसेकंड या पिकोसेकंड स्तर के अल्ट्राशॉर्ट लेजर पल्स उत्पन्न करती है, जो उच्च बीम गुणवत्ता, असाधारण स्थिरता और कॉम्पैक्ट संरचना जैसे फायदे प्रदान करती है। इसका सटीक प्रसंस्करण, बायोमेडिकल अनुसंधान, स्पेक्ट्रोस्कोपी और संचार में व्यापक अनुप्रयोग मिलता है। पारंपरिक अल्ट्राफास्ट फ़ाइबर लेज़र दुर्लभ {{3}पृथ्वी{{4}डैप्ड फ़ाइबर को लाभ माध्यम के रूप में उपयोग करते हैं, उत्तेजित उत्सर्जन प्राप्त करने के लिए दुर्लभ{{6}पृथ्वी आयनों की बहु{5}स्तरीय ऊर्जा संरचना का उपयोग करते हैं। हालाँकि, निश्चित ऊर्जा स्तर रिक्ति और दुर्लभ पृथ्वी आयन संक्रमणों की सीमित वर्णक्रमीय चौड़ाई के कारण, लेजर आउटपुट असतत वर्णक्रमीय श्रेणियों तक ही सीमित है, जो अल्ट्राफास्ट फाइबर लेजर के अनुप्रयोग दायरे को महत्वपूर्ण रूप से सीमित करता है। आयन संक्रमणों द्वारा कवर की गई सीमा से परे अल्ट्राफास्ट फाइबर लेजर के आउटपुट तरंग दैर्ध्य को बढ़ाना न केवल अल्ट्राफास्ट प्रौद्योगिकी विकास में एक प्राकृतिक प्रगति है, बल्कि वैज्ञानिक अनुसंधान, चिकित्सा अनुप्रयोगों, रक्षा और अन्य क्षेत्रों में व्यावहारिक मांगों को भी संबोधित करता है।
अल्ट्राफास्ट रमन फाइबर लेजर विशिष्ट तरंग दैर्ध्य पर लेजर पल्स उत्पन्न करने के लिए एक प्रभावी विधि का प्रतिनिधित्व करते हैं। अल्ट्राफास्ट रमन लेजर उत्पन्न करने की वर्तमान मुख्यधारा तकनीकों में मोड {{1}लॉकिंग, सिंक्रोनस पंपिंग और नॉनलाइनियर ऑप्टिकल गेन मॉड्यूलेशन (एनओजीएम) शामिल हैं। मोड{{3}लॉकिंग आम तौर पर निरंतर तरंग पंपिंग को नियोजित करती है, जिसमें पर्याप्त रमन लाभ प्राप्त करने के लिए दसियों से सैकड़ों मीटर फाइबर की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण फैलाव और गैर-रैखिकता वाले अनुनादक प्राप्त होते हैं। सिंक्रोनस पंपिंग स्पंदित पंपिंग का उपयोग करती है, जिससे रेज़ोनेटर की लंबाई प्रभावी ढंग से कम हो जाती है। हालाँकि, इसके लिए पंप पल्स और रमन पल्स के बीच सिंक्रनाइज़ेशन की आवश्यकता होती है, जिससे सिस्टम जटिलता बढ़ जाती है। दोनों तकनीकें फाइबर रेज़ोनेटर संरचनाओं पर निर्भर करती हैं, जो आउटपुट रमन पल्स ऊर्जा को एनजे रेंज तक सीमित करती हैं। इसके विपरीत, एनओजीएम तकनीक उच्च ऊर्जा रमन लेजर दालों को उत्पन्न करने के लिए एकल आवृत्ति बीज इंजेक्टेड रमन फाइबर एम्पलीफायर कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करती है। वर्तमान में, इस तकनीक का उपयोग करके उत्पादित रमन दालें सैकड़ों एनजे रेंज तक पहुंचती हैं। उच्च -ऊर्जा रमन पल्स उत्पन्न करने के लिए सिस्टम आर्किटेक्चर को अनुकूलित करना एक प्रमुख शोध फोकस है।
दुर्लभ-अर्थ रमन हाइब्रिड एम्प्लीफायर
एसआईओएम, चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज के एयरोस्पेस लेजर टेक्नोलॉजी और सिस्टम विभाग के प्रोफेसर झोउ जियाकी और यूएसटीसी के शंघाई एडवांस्ड रिसर्च इंस्टीट्यूट के प्रोफेसर फेंग यान की एक संयुक्त शोध टीम ने एनओजीएम तकनीक को येटरबियम - डोप्ड फाइबर एम्पलीफायरों के साथ जोड़ा। दुर्लभ पृथ्वी आयनों और उत्तेजित रमन स्कैटरिंग (एसआरएस) के हाइब्रिड प्रवर्धन तंत्र का लाभ उठाकर, माइक्रोफोकलाइजेशन क्षमता के साथ 1121 एनएम तरंग दैर्ध्य पर अल्ट्रा {3} तेज रमन लेजर आउटपुट प्राप्त किया जा सकता है, जहां पल्स चौड़ाई को 589 एफएस तक संपीड़ित किया जा सकता है।
एक विशिष्ट एनओजीएम प्रणाली में, एक एकल आवृत्ति निरंतर लेजर बीज स्रोत के रूप में कार्य करता है, जो एक ही फाइबर के भीतर प्रवर्धित और आकार देता है; एक अल्ट्राफास्ट लेजर पंप स्रोत के रूप में कार्य करता है, जो एसआरएस के माध्यम से नॉनलाइनियर ऑप्टिकल लाभ प्रदान करता है। प्रवर्धन केवल एकल आवृत्ति निरंतर लेजर और पंप लेजर के बीच अस्थायी ओवरलैप क्षेत्र में होता है, अंततः इसे पंप लेजर के साथ सिंक्रनाइज़ रमन पल्स में परिवर्तित करता है। पारंपरिक एनओजीएम प्रणालियों में, पंप पल्स ऊर्जा प्रवर्धन इकाई और नॉनलाइनियर ऑप्टिकल आवृत्ति रूपांतरण इकाई को अलग किया जाता है: उच्च {{4}पावर तरंग दैर्ध्य डिवीजन मल्टीप्लेक्सर्स को उच्च {{5}ऊर्जा पंप दालों को एकल आवृत्ति निरंतर लेजर बीजों के साथ जोड़ने की आवश्यकता होती है; इसके अलावा, उच्च -शक्ति स्थितियों के तहत सक्रिय और निष्क्रिय फाइबर के संलयन से दीर्घकालिक सिस्टम स्थिरता के लिए जोखिम पैदा होता है। अनुसंधान दल ने एक नवीन अल्ट्राफास्ट फाइबर लेजर रेयर{{10}अर्थ रमन हाइब्रिड एम्पलीफायर विकसित किया। एक साथ दुर्लभ {{13}पृथ्वी लाभ और रमन लाभ प्रदान करने के लिए डोप्ड फाइबर का उपयोग करके, यह माइक्रोजूल रेंज में एकल पल्स ऊर्जा के साथ रमन दालों को उत्पन्न कर सकता है। जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, एक गेन - स्विचिंग डायोड 18.3 पीएस की पल्स चौड़ाई के साथ 1065 एनएम स्पंदित लेजर उत्पन्न करता है, जो 10 मेगाहर्ट्ज की पुनरावृत्ति दर पर सेट होता है, जो सिस्टम के पंप स्रोत के रूप में कार्य करता है। एक संकीर्ण {22} लाइनविड्थ 1121 एनएम सेमीकंडक्टर एकल {{24} आवृत्ति निरंतर लेजर बीज स्रोत के रूप में कार्य करता है, साथ ही येटरबियम {{25} डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर में इनपुट करता है।
चित्र 1 अल्ट्राफास्ट फ़ाइबर लेज़र रेयर-अर्थ रमन हाइब्रिड एम्पलीफायर सिस्टम का योजनाबद्ध
जैसा कि चित्र 2(ए)-(डी) में दिखाया गया है, 1121 एनएम रमन पल्स की एकल -पल्स ऊर्जा को ~1 μJ तक बढ़ाया जा सकता है, पल्स चौड़ाई को 589 एफएस तक संपीड़ित किया जा सकता है। अधिकतम रमन रूपांतरण दक्षता 69.9% तक पहुंच जाती है, और पल्स पुनरावृत्ति दर सिग्नल - से - शोर अनुपात 81.1 डीबी तक पहुंच जाता है। एकल-आवृत्ति निरंतर लेजर इंजेक्शन के बिना, 1121 एनएम रमन पल्स की विशेषताओं को (ई)-(एच) में दिखाया गया है। इन परिस्थितियों में, उत्पन्न रमन पल्स अस्थिर पल्स अनुक्रम तीव्रता और 67.4 डीबी के कम पुनरावृत्ति दर सिग्नल - से {{20} शोर अनुपात के साथ, लगभग -शोर-जैसी विशेषताओं को प्रदर्शित करता है। ये प्रयोगात्मक परिणाम दुर्लभ पृथ्वी रमन संकर प्रवर्धन एनओजीएम की व्यवहार्यता और एकल आवृत्ति बीज इंजेक्शन की आवश्यकता की पुष्टि करते हैं।
चित्र 2 रमन पल्स लेजर विशेषताएँ (ए) - (डी) एकल - आवृत्ति निरंतर लेजर इंजेक्शन और (ई) - (एच) बिना एकल - आवृत्ति निरंतर लेजर इंजेक्शन के साथ
इसके साथ ही, संख्यात्मक सिमुलेशन ने 60 पीएस पंप पल्स चौड़ाई और 14.5 μm के रमन फाइबर कोर व्यास की स्थितियों के तहत पल्स विकास का मॉडल तैयार किया, जैसा कि चित्र 3 में दर्शाया गया है। परिणाम बताते हैं कि 10 μJ रेंज में रमन पल्स आउटपुट व्यापक पंप पल्स और बड़े -कोर-व्यास वाले रमन फाइबर को नियोजित करके प्राप्त किया जा सकता है।
चित्र 3 60 पीएस की पंप पल्स चौड़ाई और लगभग 14.5 माइक्रोन के फाइबर कोर व्यास के लिए सिमुलेशन परिणाम
यह अध्ययन एक नवीन अल्ट्राफास्ट फाइबर लेजर येटेरबियम -रमन हाइब्रिड एम्पलीफायर को प्रदर्शित करता है, जो 589 एफएस तक संपीड़ित पल्स चौड़ाई के साथ 1121 एनएम रमन लेजर आउटपुट का ~ 1 μJ प्राप्त करता है। इसके अलावा संख्यात्मक सिमुलेशन से पता चलता है कि व्यापक पल्स चौड़ाई और बड़े कोर व्यास वाले फाइबर के साथ एक पंप लेजर का उपयोग संभावित रूप से 10 μJ रेंज में फेमटोसेकंड रमन पल्स आउटपुट प्राप्त कर सकता है, जो बाद के शोध के लिए एक प्रमुख फोकस का प्रतिनिधित्व करता है। यह फेमटोसेकंड रमन फाइबर लेजर, विशिष्ट तरंग दैर्ध्य पर उच्च ऊर्जा पल्स उत्पन्न करने में सक्षम है, जो सामग्री प्रसंस्करण और बायोमेडिकल इमेजिंग जैसे अनुप्रयोगों के लिए आशाजनक प्रकाश स्रोत प्रौद्योगिकी समर्थन प्रदान करता है।
