इन चारों प्रौद्योगिकियों पर एक साथ चर्चा की गई है क्योंकि ये सभी लेजर अनुनाद गुहा की आउटपुट विशेषताओं को सीधे प्रभावित करती हैं।
1. मोड चयन:
मोड चयन वास्तव में आवृत्ति चयन है। अधिकांश लेजर बड़ी आउटपुट ऊर्जा प्राप्त करने के लिए लंबे अनुनाद गुहाओं का उपयोग करते हैं, जो लेजर आउटपुट को बहु-मोड बनाता है। हालांकि, उच्च-क्रम मोड की तुलना में, मौलिक अनुप्रस्थ मोड (TEM00 मोड) में उच्च चमक, छोटे विचलन कोण, समान रेडियल प्रकाश तीव्रता वितरण और एकल दोलन आवृत्ति की विशेषताएं हैं। इसमें सबसे अच्छा स्थानिक और लौकिक हस्तक्षेप है। इसलिए, एक एकल मौलिक अनुप्रस्थ मोड लेजर एक आदर्श सुसंगत प्रकाश स्रोत है, जो लेजर इंटरफेरोमेट्री, वर्णक्रमीय विश्लेषण और लेजर प्रसंस्करण जैसे अनुप्रयोगों के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। इन स्थितियों को पूरा करने के लिए, बहु-मोड लेजर में अधिकांश अनुनाद आवृत्तियों के संचालन को दबाने के लिए लेजर दोलन को सीमित करने के उपायों को अपनाया जाना चाहिए, और एकल-मोड एकल-आवृत्ति लेजर आउटपुट प्राप्त करने के लिए मोड चयन तकनीक का उपयोग करना चाहिए।
मोड चयन को दो तरीकों से विभाजित किया जाता है: एक लेजर अनुदैर्ध्य मोड का चयन है; दूसरा लेजर अनुप्रस्थ मोड का चयन है। पूर्व में लेजर की आउटपुट आवृत्ति पर अधिक प्रभाव पड़ता है और लेजर की सुसंगतता में काफी सुधार हो सकता है; उत्तरार्द्ध मुख्य रूप से लेजर आउटपुट की प्रकाश तीव्रता की एकरूपता को प्रभावित करता है और लेजर की चमक में सुधार करता है।
1)अनुदैर्ध्य मोड चयन: बीम की मोनोक्रोमैटिकिटी और सुसंगतता लंबाई में सुधार करने के लिए, लेजर को एकल अनुदैर्ध्य मोड में काम करने की आवश्यकता होती है। हालाँकि, कई लेज़रों में अक्सर एक ही समय में कई अनुदैर्ध्य मोड होते हैं। इसलिए, एकल अनुदैर्ध्य मोड लेजर को डिज़ाइन करने के लिए, एक आवृत्ति चयन विधि का उपयोग किया जाना चाहिए। सामान्य विधियों में शामिल हैं: लघु गुहा विधि, फैब्री-प्लॉय एटलॉन विधि, तीन-दर्पण विधि, आदि।
2)अनुप्रस्थ विधा चयन: लेजर दोलन के लिए शर्त यह है कि लाभ गुणांक हानि गुणांक से अधिक होना चाहिए। नुकसानों को अनुप्रस्थ विधा क्रम से संबंधित लाइन उत्सर्जन नुकसान और दोलन मोड से स्वतंत्र अन्य नुकसानों में विभाजित किया जा सकता है। मौलिक अनुप्रस्थ विधा के चयन का सार TEM00 मोड को दोलन स्थितियों तक पहुँचाना और उच्च-क्रम अनुप्रस्थ विधाओं के दोलन को दबाना है। इसलिए, हमें अनुप्रस्थ विधाओं के चयन के उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए केवल प्रत्येक उच्च-क्रम मोड के लाइन उत्सर्जन नुकसान को नियंत्रित करने की आवश्यकता है। आम तौर पर, जब तक TEM01 मोड और TEM10 मोड दोलन जो मौलिक अनुप्रस्थ विधा से एक क्रम अधिक हैं, को दबाया जा सकता है, अन्य उच्च-क्रम विधाओं के दोलनों को दबाया जा सकता है। सामान्य तरीकों में शामिल हैं: एपर्चर विधि, फ़ोकस एपर्चर विधि और इंट्रा-कैविटी टेलीस्कोप विधि, अवतल-उत्तल गुहा, क्यू-स्विच्ड मोड चयन का उपयोग करना, आदि।
2. आवृत्ति स्थिरीकरण:
मोड चयन के माध्यम से लेजर द्वारा एकल-आवृत्ति दोलन प्राप्त करने के बाद, आंतरिक और बाहरी स्थितियों में परिवर्तन के कारण अनुनाद आवृत्ति अभी भी पूरी रैखिक चौड़ाई के भीतर चलेगी। इस घटना को "आवृत्ति बहाव" कहा जाता है। बहाव के अस्तित्व के कारण, लेजर आवृत्ति स्थिरता की समस्या उत्पन्न होती है। आवृत्ति स्थिरीकरण का उद्देश्य इन नियंत्रणीय कारकों को नियंत्रित करने का प्रयास करना है ताकि दोलन आवृत्ति के साथ उनके हस्तक्षेप को कम किया जा सके, जिससे लेजर आवृत्ति की स्थिरता में सुधार हो सके।
आवृत्ति स्थिरता में दो पहलू शामिल हैं: आवृत्ति स्थिरता और आवृत्ति पुनरुत्पादकता। आवृत्ति स्थिरता एक निरंतर कार्य समय के भीतर लेजर की आवृत्ति बहाव और दोलन आवृत्ति के अनुपात को संदर्भित करती है। अनुपात जितना छोटा होगा, आवृत्ति स्थिरता उतनी ही अधिक होगी। आवृत्ति प्रजनन आवृत्ति में सापेक्ष परिवर्तन है जब लेजर का उपयोग विभिन्न वातावरणों में किया जाता है। आवृत्ति स्थिरीकरण विधियों को दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है: निष्क्रिय और सक्रिय। विशिष्ट आवृत्ति स्थिरीकरण विधियों में शामिल हैं: लैम्ब सैग विधि और संतृप्ति अवशोषण विधि।
3. क्यू-स्विचिंग:
आम तौर पर, सॉलिड-स्टेट पल्स लेजर द्वारा आउटपुट किए जाने वाले लाइट पल्स एकल चिकने पल्स नहीं होते हैं, बल्कि माइक्रोसेकंड रेंज में अलग-अलग तीव्रता और चौड़ाई वाले छोटे पीक पल्स का एक क्रम होता है। यह लाइट पल्स अनुक्रम सैकड़ों माइक्रोसेकंड या मिलीसेकंड तक रहता है, और इसकी पीक पावर केवल दसियों किलोवाट होती है, जो लेजर रडार और लेजर रेंजिंग जैसे व्यावहारिक अनुप्रयोगों की जरूरतों को पूरा करने से बहुत दूर है। इस कारण से, कुछ लोगों ने क्यू-स्विचिंग की अवधारणा का प्रस्ताव दिया है, जिसने कई क्रमों के परिमाण से लेजर पल्स के आउटपुट प्रदर्शन में सुधार किया है, पल्स की चौड़ाई को नैनोसेकंड स्तर तक संकुचित किया है, और पीक पावर गीगावाट जितनी अधिक है।
Q लेजर अनुनाद गुहा के गुणवत्ता कारक को संदर्भित करता है। विशिष्ट सूत्र Q=2T"अनुनाद गुहा में संग्रहीत ऊर्जा/प्रति दोलन चक्र में खोई हुई ऊर्जा है।
इस समय, लेजर दोलन क्यू-स्विचिंग का सिद्धांत: पंपिंग की शुरुआत में गुंजयमान गुहा को उच्च-हानि और कम-क्यू मान अवस्था में बनाने के लिए एक निश्चित विधि का उपयोग किया जाता है। दोलन की दहलीज बहुत अधिक है, और भले ही कण घनत्व व्युत्क्रम संख्या बहुत उच्च स्तर तक जमा हो जाए, यह दोलन का उत्पादन नहीं करेगा; जब कण व्युत्क्रम संख्या चरम मूल्य पर पहुंचती है, तो गुहा का क्यू मूल्य अचानक बढ़ जाता है, जिससे लेजर माध्यम का लाभ सीमा से बहुत अधिक हो जाएगा, और दोलन बहुत तेजी से होगा। इस समय, मेटास्टेबल अवस्था में संग्रहीत कणों की ऊर्जा जल्दी से फोटॉन की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाएगी, और फोटॉन बहुत उच्च दर से बढ़ेंगे। लेजर उच्च शिखर शक्ति और संकीर्ण चौड़ाई के साथ एक लेजर पल्स का उत्पादन कर सकता है।
चूँकि अनुनाद गुहा के नुकसान में परावर्तन हानि, अवशोषण हानि, विकिरण हानि, प्रकीर्णन हानि और संचरण हानि शामिल है, इसलिए विभिन्न प्रकार के नुकसानों को नियंत्रित करने के लिए विभिन्न तरीकों का उपयोग किया जाता है ताकि विभिन्न क्यू-स्विचिंग तकनीकें बनाई जा सकें। वर्तमान में, सामान्य क्यू-स्विचिंग तकनीकें हैं: एकॉस्टो-ऑप्टिक क्यू-स्विचिंग, इलेक्ट्रो-ऑप्टिक क्यू-स्विचिंग और डाई क्यू-स्विचिंग।
4. मोड लॉकिंग:
क्यू-स्विचिंग लेजर पल्स की चौड़ाई को संपीड़ित कर सकता है और माइक्रोसेकंड के क्रम की पल्स चौड़ाई और गीगावाट के क्रम की पीक पावर के साथ लेजर पल्स प्राप्त कर सकता है। मोड लॉकिंग तकनीक एक ऐसी तकनीक है जो लेजर को एक विशेष तरीके से आगे मॉड्यूलेट करती है, जिससे लेजर में दोलन करने वाले विभिन्न अनुदैर्ध्य मोड के चरणों को स्थिर करने के लिए मजबूर किया जाता है, ताकि प्रत्येक मोड को अल्ट्राशॉर्ट पल्स प्राप्त करने के लिए सुसंगत रूप से सुपरइम्पोज़ किया जा सके। मोड लॉकिंग तकनीक का उपयोग करके, फेमटोसेकंड के क्रम की पल्स चौड़ाई और टी वाट के क्रम से अधिक पीक पावर वाले अल्ट्राशॉर्ट लेजर पल्स प्राप्त किए जा सकते हैं। मोड लॉकिंग तकनीक लेजर ऊर्जा को समय में अत्यधिक केंद्रित बनाती है और वर्तमान में उच्च पीक पावर लेजर प्राप्त करने के लिए सबसे उन्नत तकनीक है।
मोड लॉकिंग सिद्धांत: आम तौर पर, गैर-समान रूप से विस्तृत लेजर हमेशा कई अनुदैर्ध्य मोड का उत्पादन करते हैं। चूंकि प्रत्येक मोड की आवृत्ति और प्रारंभिक चरण के बीच कोई निश्चित संबंध नहीं है, इसलिए प्रत्येक मोड एक दूसरे के साथ असंगत है, इसलिए कई अनुदैर्ध्य मोड द्वारा आउटपुट की गई प्रकाश तीव्रता प्रत्येक अनुदैर्ध्य मोड का असंगत जोड़ है। आउटपुट प्रकाश की तीव्रता समय के साथ अनियमित रूप से उतार-चढ़ाव करती है। मोड लॉकिंग कई अनुदैर्ध्य मोड की अनुमति देता है जो अनुनाद गुहा में समकालिक रूप से दोलन करने के लिए मौजूद हो सकते हैं, प्रत्येक दोलन मोड के आवृत्ति अंतराल को समान रखते हैं और उनके प्रारंभिक चरणों को स्थिर रखते हैं, ताकि लेजर समय में नियमित और समान अंतराल के साथ एक छोटा पल्स अनुक्रम आउटपुट करे।
मोड लॉकिंग तकनीक को सक्रिय मोड लॉकिंग और निष्क्रिय मोड लॉकिंग में विभाजित किया गया है। सक्रिय मोड लॉकिंग: प्रत्येक अनुदैर्ध्य मोड के तुल्यकालिक कंपन को प्राप्त करने के लिए लेजर आउटपुट के आयाम और चरण को मॉड्यूलेट करने के लिए अनुनाद गुहा में मॉड्यूलेशन आवृत्ति v=c/2L के साथ एक मॉड्यूलेटर डालें। निष्क्रिय मोड लॉकिंग: लेजर गुहा में संतृप्त अवशोषण विशेषताओं के साथ एक डाई बॉक्स डालें। संतृप्त अवशोषण विशेषताओं वाले डाई बॉक्स का अवशोषण गुणांक प्रकाश की तीव्रता में वृद्धि के साथ कम हो जाएगा। लेजर में, जैसे ही ऑप्टिकल पंप काम करने वाली सामग्री को उत्तेजित करता है, प्रत्येक अनुदैर्ध्य मोड बेतरतीब ढंग से होगा, और प्रकाश क्षेत्र उनकी सुपरपोजिशन के कारण तीव्रता में उतार-चढ़ाव करेगा। जब कुछ अनुदैर्ध्य मोड संयोग से सुसंगत रूप से बढ़ाए जाते हैं, तो मजबूत प्रकाश तीव्रता वाले हिस्से दिखाई देते हैं, जबकि अन्य हिस्से कमजोर होते हैं। ये मजबूत हिस्से डाई द्वारा कम अवशोषित होते हैं और नुकसान बड़ा नहीं होता है। कमजोर हिस्से डाई द्वारा अधिक अवशोषित होते हैं और कमजोर हो जाते हैं। प्रकाश क्षेत्र के कई बार डाई से गुजरने के परिणामस्वरूप, मजबूत और कमजोर भागों को स्पष्ट रूप से पहचाना जाता है, और अंत में इन अनुदैर्ध्य मोड सुसंगत वृद्धि भागों को संकीर्ण दालों के रूप में चुना जाता है। निष्क्रिय मोड लॉकिंग में डाई बॉक्स के ऑप्टिकल गुणों पर कुछ आवश्यकताएं होती हैं: डाई की अवशोषण रेखा लेजर तरंग दैर्ध्य के बहुत करीब होनी चाहिए; अवशोषण रेखा की रेखा की चौड़ाई लेजर लाइन की चौड़ाई से अधिक या उसके बराबर होनी चाहिए; और विश्राम का समय पल्स को गुहा में आगे और पीछे यात्रा करने में लगने वाले समय से कम होना चाहिए।
