লেজারে লাইনউইথের সংজ্ঞা

একটি লেজারের লাইনউইথ, বিশেষ করে একটি একক-ফ্রিকোয়েন্সি লেজার, এর বর্ণালীর প্রস্থকে বোঝায় (সাধারণত সম্পূর্ণ প্রস্থ অর্ধেক সর্বোচ্চ, FWHM)। আরও স্পষ্টভাবে, এটি বিকিরণিত বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি বর্ণালী ঘনত্বের প্রস্থ, যা ফ্রিকোয়েন্সি, তরঙ্গ সংখ্যা বা তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিপ্রেক্ষিতে প্রকাশ করা হয়। একটি লেজারের লাইনউইথ টেম্পোরাল কোহেরেন্সের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত এবং সুসংগত সময় এবং সুসংগত দৈর্ঘ্য দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। যদি ফেজটি একটি সীমাহীন স্থানান্তরের মধ্য দিয়ে যায়, ফেজ নয়েজ লাইনউইথকে অবদান রাখে; এটি বিনামূল্যে অসিলেটরের ক্ষেত্রে। (ফেজ ওঠানামা একটি খুব ছোট ফেজ ব্যবধানে সীমাবদ্ধ শূন্য লাইনউইথ এবং কিছু শব্দ সাইডব্যান্ড তৈরি করে।) অনুরণিত গহ্বরের দৈর্ঘ্যের পরিবর্তনও লাইনউইথকে অবদান রাখে এবং এটি পরিমাপের সময়ের উপর নির্ভর করে। এটি ইঙ্গিত দেয় যে একা লাইনউইথ, বা এমনকি একটি পছন্দসই বর্ণালী আকৃতি (লাইনফর্ম), লেজার বর্ণালী সম্পর্কে সম্পূর্ণ তথ্য প্রদান করতে পারে না।

২. লেজার লাইন প্রস্থ পরিমাপ

লেজার লাইনউইথ পরিমাপ করতে অনেক কৌশল ব্যবহার করা যেতে পারে:

1. যখন লাইনউইথ তুলনামূলকভাবে বড় হয় (>10 GHz, যখন একাধিক মোড একাধিক লেজার রেজোন্যান্ট গহ্বরে দোদুল্যমান হয়), এটি একটি ডিফ্র্যাকশন গ্রেটিং নিযুক্ত একটি ঐতিহ্যগত স্পেকট্রোমিটার ব্যবহার করে পরিমাপ করা যেতে পারে। যাইহোক, এই পদ্ধতি ব্যবহার করে উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি রেজোলিউশন প্রাপ্ত করা কঠিন।

2. আরেকটি পদ্ধতি হল ফ্রিকোয়েন্সি ডিসক্রিমিনেটর ব্যবহার করে ফ্রিকোয়েন্সি ওঠানামাকে তীব্রতার ওঠানামায় রূপান্তর করা। বৈষম্যকারী একটি ভারসাম্যহীন ইন্টারফেরোমিটার বা একটি উচ্চ-নির্ভুল রেফারেন্স গহ্বর হতে পারে। এই পরিমাপের পদ্ধতিতেও সীমিত রেজোলিউশন রয়েছে।

3. একক-ফ্রিকোয়েন্সি লেজারগুলি সাধারণত একটি স্ব-হেটেরোডাইন পদ্ধতি ব্যবহার করে, যা লেজারের আউটপুট এবং অফসেট এবং বিলম্বের পরে তার নিজস্ব ফ্রিকোয়েন্সির মধ্যে বীট রেকর্ড করে।

4. কয়েকশত হার্টজের রেখাপ্রস্থের জন্য, প্রথাগত স্ব-হেটেরোডাইন কৌশলগুলি অব্যবহারিক কারণ তাদের একটি বড় বিলম্বের দৈর্ঘ্য প্রয়োজন। এই দৈর্ঘ্য প্রসারিত করতে একটি চক্রীয় ফাইবার লুপ এবং একটি অন্তর্নির্মিত ফাইবার পরিবর্ধক ব্যবহার করা যেতে পারে।

5. দুটি স্বাধীন লেজারের বীট রেকর্ড করে খুব উচ্চ রেজোলিউশন অর্জন করা যেতে পারে, যেখানে রেফারেন্স লেজারের আওয়াজ টেস্ট লেজারের তুলনায় অনেক কম, বা তাদের কার্যকারিতা স্পেসিফিকেশন একই রকম। একটি ফেজ-লকড লুপ বা গাণিতিক রেকর্ডের উপর ভিত্তি করে তাত্ক্ষণিক ফ্রিকোয়েন্সি পার্থক্যের গণনা ব্যবহার করা যেতে পারে। এই পদ্ধতিটি খুবই সহজ এবং স্থিতিশীল, কিন্তু অন্য লেজারের প্রয়োজন (পরীক্ষা লেজারের ফ্রিকোয়েন্সির কাছাকাছি কাজ করে)। যদি পরিমাপ করা লাইনউইথের জন্য একটি বিস্তৃত বর্ণালী পরিসরের প্রয়োজন হয়, একটি ফ্রিকোয়েন্সি চিরুনি খুব সুবিধাজনক।

অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সি পরিমাপের জন্য প্রায়ই একটি নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সি (বা সময়) রেফারেন্স প্রয়োজন হয়। সংকীর্ণ-লাইনউইথ লেজারগুলির জন্য, যথেষ্ট সঠিক রেফারেন্স প্রদানের জন্য শুধুমাত্র একটি একক রেফারেন্স রশ্মি প্রয়োজন। স্ব-হেটেরোডাইন কৌশলগুলি পরীক্ষা সেটআপে যথেষ্ট দীর্ঘ সময় বিলম্ব প্রয়োগ করে একটি ফ্রিকোয়েন্সি রেফারেন্স পায়, আদর্শভাবে প্রাথমিক মরীচি এবং তার নিজস্ব বিলম্বিত মরীচির মধ্যে সাময়িক সংগতি এড়িয়ে যায়। অতএব, দীর্ঘ অপটিক্যাল ফাইবার সাধারণত ব্যবহার করা হয়। যাইহোক, স্থিতিশীল ওঠানামা এবং শাব্দিক প্রভাবের কারণে, দীর্ঘ ফাইবারগুলি অতিরিক্ত ফেজ শব্দ প্রবর্তন করে।

যখন 1/f ফ্রিকোয়েন্সি নয়েজ উপস্থিত থাকে, তখন একা লাইনউইথ ফেজ ত্রুটিটিকে সম্পূর্ণরূপে বর্ণনা করতে পারে না। একটি ভাল পদ্ধতি হল ফেজ বা তাৎক্ষণিক ফ্রিকোয়েন্সি ওঠানামার ফুরিয়ার স্পেকট্রাম পরিমাপ করা এবং তারপর পাওয়ার স্পেকট্রাল ঘনত্ব ব্যবহার করে এটিকে চিহ্নিত করা; শব্দ কর্মক্ষমতা সূচক উল্লেখ করা যেতে পারে. 1/f শব্দ (বা অন্যান্য কম-ফ্রিকোয়েন্সি শব্দের নয়েজ স্পেকট্রাম) কিছু পরিমাপের সমস্যা সৃষ্টি করতে পারে।

III. লেজার লাইনউইথ মিনিমাইজ করা

লেজার লাইনউইথ সরাসরি লেজারের প্রকারের সাথে সম্পর্কিত। এটি লেজারের নকশাকে অপ্টিমাইজ করে এবং বাহ্যিক শব্দের প্রভাবকে দমন করে কমিয়ে আনা যায়। প্রথম ধাপ হল কোয়ান্টাম নয়েজ বা ক্লাসিক্যাল নয়েজ প্রভাবশালী কিনা তা নির্ধারণ করা, কারণ এটি পরবর্তী পরিমাপকে প্রভাবিত করবে।

যখন ইন্ট্রাক্যাভিটি শক্তি বেশি হয়, অনুরণিত গহ্বরের ক্ষতি কম হয়, এবং অনুরণিত গহ্বরের রাউন্ড-ট্রিপ সময় দীর্ঘ হয়, লেজারের কোয়ান্টাম শব্দ (প্রধানত স্বতঃস্ফূর্ত নির্গমন শব্দ) একটি ছোট প্রভাব ফেলে। ক্লাসিক্যাল শব্দ যান্ত্রিক ওঠানামার কারণে হতে পারে, যা কমপ্যাক্ট, ছোট লেজার রেজোনেটর ব্যবহার করে প্রশমিত করা যেতে পারে। যাইহোক, দৈর্ঘ্যের ওঠানামা কখনও কখনও এমনকি ছোট অনুরণকগুলিতেও শক্তিশালী প্রভাব ফেলতে পারে। সঠিক যান্ত্রিক নকশা লেজার রেজোনেটর এবং বাহ্যিক বিকিরণের মধ্যে সংযোগ কমাতে পারে এবং তাপীয় প্রবাহের প্রভাবও কমিয়ে দিতে পারে। পাম্প পাওয়ার ওঠানামা দ্বারা সৃষ্ট লাভের মাধ্যমের মধ্যেও তাপীয় ওঠানামা বিদ্যমান। ভাল শব্দ কর্মক্ষমতা জন্য, অন্যান্য সক্রিয় স্থিতিশীল ডিভাইস প্রয়োজন, কিন্তু প্রাথমিকভাবে, ব্যবহারিক প্যাসিভ পদ্ধতি পছন্দনীয়। একক-ফ্রিকোয়েন্সি সলিড-স্টেট লেজার এবং ফাইবার লেজারের রেখাপ্রস্থ 1-2 Hz রেঞ্জের মধ্যে থাকে, কখনও কখনও এমনকি 1 kHz এর নিচেও। সক্রিয় স্থিতিশীল পদ্ধতি 1 kHz এর নিচে লাইনউইথ অর্জন করতে পারে। লেজার ডায়োডের রেখাপ্রস্থ সাধারণত MHz পরিসরে থাকে, কিন্তু kHz-এ কমিয়ে আনা যায়, উদাহরণস্বরূপ, বহিরাগত গহ্বর ডায়োড লেজারে, বিশেষ করে যারা অপটিক্যাল ফিডব্যাক এবং উচ্চ-নির্ভুল রেফারেন্স ক্যাভিটি রয়েছে।

IV সংকীর্ণ লাইন প্রস্থ থেকে উদ্ভূত সমস্যা

কিছু ক্ষেত্রে, লেজার উত্স থেকে একটি খুব সংকীর্ণ বিম প্রস্থের প্রয়োজন হয় না:

1. যখন সুসংগত দৈর্ঘ্য দীর্ঘ হয়, তখন সুসংগত প্রভাব (দুর্বল পরজীবী প্রতিফলনের কারণে) মরীচির আকৃতিকে বিকৃত করতে পারে। 1. লেজার প্রজেকশন ডিসপ্লেতে, দাগের প্রভাব পৃষ্ঠের গুণমানে হস্তক্ষেপ করতে পারে।

2. যখন আলো সক্রিয় বা প্যাসিভ অপটিক্যাল ফাইবারে প্রচার করে, তখন সংকীর্ণ রেখাপ্রস্থ উদ্দীপিত ব্রিলোইন বিক্ষিপ্ততার কারণে সমস্যা সৃষ্টি করতে পারে। এই ধরনের ক্ষেত্রে, লাইনউইথ বাড়ানো প্রয়োজন, উদাহরণস্বরূপ, বর্তমান মড্যুলেশন ব্যবহার করে একটি লেজার ডায়োড বা অপটিক্যাল মডুলেটরের ক্ষণস্থায়ী ফ্রিকোয়েন্সি দ্রুত পরিবর্তন করে। অপটিক্যাল ট্রানজিশনের প্রস্থ বর্ণনা করতেও লাইনউইথ ব্যবহার করা হয় (যেমন, লেজার ট্রানজিশন বা কিছু শোষণ বৈশিষ্ট্য)। একটি স্থির একক পরমাণু বা আয়নের ট্রানজিশনে, লাইনউইথ উপরের শক্তি অবস্থার জীবনকালের সাথে সম্পর্কিত (আরো সঠিকভাবে, উপরের এবং নিম্ন শক্তির অবস্থার মধ্যে জীবনকাল), এবং এটিকে প্রাকৃতিক লাইনউইথ বলা হয়। গতি (ডপলার প্রসারণ দেখুন) বা পরমাণু বা আয়নের মিথস্ক্রিয়া লাইনউইথকে প্রসারিত করতে পারে, যেমন গ্যাসে চাপ প্রসারিত হওয়া বা কঠিন মিডিয়াতে ফোনন মিথস্ক্রিয়া। যদি বিভিন্ন পরমাণু বা আয়ন ভিন্নভাবে প্রভাবিত হয়, অ-ইউনিফর্ম বিস্তৃতি ঘটতে পারে।