ন্যারো লাইনউইথ লেজারের বিকাশের ইতিহাস

বর্তমান দিন পর্যন্ত সরু লাইনউইথ লেজারের বিকাশে, লেজার প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়ার বিবর্তন লেজার অনুরণনকারী কাঠামোর বিবর্তনের সমার্থক হয়েছে। নীচে, লেজার রেজোনেটরের বিবর্তনের ক্রম অনুসারে সংকীর্ণ লাইনউইথ লেজার প্রযুক্তির বিভিন্ন কনফিগারেশন চালু করা হয়েছে।

একক প্রধান-গহ্বর কনফিগারেশন

একক প্রধান-গহ্বর লেজারগুলিকে কাঠামোগতভাবে রৈখিক গহ্বর এবং রিং গহ্বরে এবং গহ্বরের দৈর্ঘ্য দ্বারা, ছোট-গহ্বর এবং দীর্ঘ-গহ্বর কাঠামোতে ভাগ করা যেতে পারে। শর্ট-ক্যাভিটি লেজারগুলিতে একটি বড় অনুদৈর্ঘ্য মোড ব্যবধান রয়েছে, যা একক অনুদৈর্ঘ্য মোড (SLM) অপারেশন অর্জনের জন্য আরও সুবিধাজনক, তবে একটি বিস্তৃত অভ্যন্তরীণ গহ্বর লাইনউইথ এবং শব্দ দমন করতে অসুবিধায় ভোগে। দীর্ঘ-গহ্বরের কাঠামো অন্তর্নিহিতভাবে সংকীর্ণ লাইনউইথ বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে এবং নমনীয় কনফিগারেশনের সাথে বিভিন্ন অপটিক্যাল ডিভাইসের একীকরণের অনুমতি দেয়; যাইহোক, তাদের প্রযুক্তিগত চ্যালেঞ্জ অত্যধিক ছোট অনুদৈর্ঘ্য মোড ব্যবধানের কারণে SLM অপারেশন অর্জন করা।

লেজারের প্রধান গহ্বরগুলির একটি ক্লাসিক কনফিগারেশন হিসাবে, রৈখিক গহ্বরটি একটি সাধারণ কাঠামো, উচ্চ দক্ষতা এবং সহজ ম্যানিপুলেশনের মতো সুবিধার গর্ব করে। ঐতিহাসিকভাবে, প্রথম সত্যিকারের লেজার রশ্মি একটি F-P রৈখিক গহ্বর কাঠামো ব্যবহার করে উত্পন্ন হয়েছিল। বিজ্ঞান ও প্রযুক্তির পরবর্তী অগ্রগতির সাথে, F-P কাঠামো সেমিকন্ডাক্টর লেজার, ফাইবার লেজার এবং সলিড-স্টেট লেজারগুলিতে ব্যাপকভাবে গৃহীত হয়েছে।

রিং ক্যাভিটি হল ক্লাসিক রৈখিক গহ্বরের একটি পরিবর্তন, যা রৈখিক গহ্বরের স্থানিক গর্ত-বার্নিং ত্রুটিকে অতিক্রম করে স্থির-তরঙ্গ ক্ষেত্রগুলিকে ভ্রমণ তরঙ্গ দ্বারা প্রতিস্থাপন করে অপটিক্যাল সংকেতগুলির চক্রীয় পরিবর্ধন অর্জন করে। ফাইবার-অপ্টিক ডিভাইসগুলির বিকাশের দ্বারা চালিত, নমনীয় অল-ফাইবার কাঠামো সহ ফাইবার লেজারগুলি ব্যাপক মনোযোগ আকর্ষণ করেছে এবং গত দুই দশকে লেজারগুলির সবচেয়ে দ্রুত বর্ধনশীল শ্রেণীতে পরিণত হয়েছে।

নন-প্ল্যানার রিং অসিলেটর (NPRO) লেজারগুলি একটি বিশেষ ভ্রমণ-তরঙ্গ লেজার কনফিগারেশনের প্রতিনিধিত্ব করে। সাধারণত, এই ধরনের লেজারগুলির প্রধান গহ্বরে একটি মনোলিথিক স্ফটিক থাকে, যা লেজারের মেরুকরণ অবস্থাকে স্ফটিক শেষ-মুখের প্রতিফলনের মাধ্যমে এবং একটি বহিরাগত চৌম্বক ক্ষেত্রের মাধ্যমে নিয়ন্ত্রিত করে যাতে একমুখী লেজার অপারেশন উপলব্ধি করা যায়। এই ডিজাইনটি লেজার রেজোনেটরের তাপীয় লোডকে ব্যাপকভাবে হ্রাস করে, তরঙ্গদৈর্ঘ্য এবং শক্তিতে ব্যতিক্রমী স্থিতিশীলতা প্রদান করে এবং সংকীর্ণ লাইনউইথ বৈশিষ্ট্যগুলিকে বৈশিষ্ট্যযুক্ত করে।

একক বাহ্যিক-গহ্বর প্রতিক্রিয়া কনফিগারেশন

অত্যধিক সংক্ষিপ্ত গহ্বরের দৈর্ঘ্য এবং উচ্চ অভ্যন্তরীণ ক্ষতির মতো কারণগুলির দ্বারা সীমাবদ্ধ, ইন্ট্রা-ক্যাভিটি ফিডব্যাকের উপর ভিত্তি করে F-P রৈখিক গহ্বর একক-গহ্বর লেজার কনফিগারেশনগুলি সীমিত ফোটন মিথস্ক্রিয়া সময় এবং লাভের মাধ্যম থেকে স্বতঃস্ফূর্ত নির্গমন দূর করতে অসুবিধায় ভোগে। এই সমস্যাটি সমাধান করার জন্য, গবেষকরা একক বাহ্যিক-গহ্বর প্রতিক্রিয়া কনফিগারেশন প্রস্তাব করেছেন। বাহ্যিক গহ্বরটি ফোটনের মিথস্ক্রিয়া সময়কে দীর্ঘায়িত করতে এবং ফিল্টার করা ফোটনগুলিকে মূল গহ্বরে ফিড করে, যার ফলে লেজারের কার্যকারিতা অপ্টিমাইজ করে এবং লাইনউইথকে সংকুচিত করে। লিটরো এবং লিটম্যান কনফিগারেশনের মতো স্থানিক অপটিক্সের উপর ভিত্তি করে প্রারম্ভিক সাধারণ বাহ্যিক-গহ্বর কাঠামো, লেজারের প্রধান গহ্বরে বিশুদ্ধ লেজার সংকেত পুনঃপ্রবেশ করতে গ্রেটিং-এর বর্ণালী বিচ্ছুরণ ক্ষমতা ব্যবহার করে, লাইনউইথ কম্প্রেশন অর্জনের জন্য প্রধান গহ্বরের উপর কম্পাঙ্ক টানতে সাহায্য করে। এই একক বাহ্যিক-গহ্বর কাঠামোটি পরে ফাইবার লেজার এবং সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলিতে প্রসারিত হয়েছিল।

একক বাহ্যিক-গহ্বর ফিডব্যাক লেজার কনফিগারেশনের প্রযুক্তিগত চ্যালেঞ্জ বাহ্যিক গহ্বর এবং প্রধান গহ্বরের মধ্যে ফেজ মিলের মধ্যে রয়েছে। গবেষণায় দেখা গেছে যে লেজার থ্রেশহোল্ড, ফ্রিকোয়েন্সি এবং আপেক্ষিক আউটপুট শক্তি নির্ধারণের জন্য বাহ্যিক-গহ্বর প্রতিক্রিয়া সংকেতের স্থানিক পর্যায়টি গুরুত্বপূর্ণ, এবং লেজার অনুদৈর্ঘ্য মোডগুলি প্রতিক্রিয়া সংকেতের তীব্রতা এবং পর্যায়ের প্রতি অত্যন্ত সংবেদনশীল।

ডিবিআর লেজার কনফিগারেশন

লেজার সিস্টেমের স্থায়িত্ব বাড়ানোর জন্য এবং তরঙ্গদৈর্ঘ্য-নির্বাচিত ডিভাইসগুলিকে মূল গহ্বরের কাঠামোতে সংহত করতে, ডিবিআর কনফিগারেশন তৈরি করা হয়েছিল। F-P অনুরণকের উপর ভিত্তি করে ডিজাইন করা হয়েছে, DBR অনুরণক F-P কাঠামোর আয়নাগুলিকে পর্যায়ক্রমিক প্যাসিভ ব্র্যাগ কাঠামোর সাথে অপটিক্যাল প্রতিক্রিয়া প্রদানের জন্য প্রতিস্থাপন করে। লেজারের হস্তক্ষেপ মোডগুলিতে ব্র্যাগ কাঠামোর পর্যায়ক্রমিক কম্ব ফিল্টারিং প্রভাবের কারণে, ডিবিআর প্রধান গহ্বর সহজাতভাবে ফিল্টারিং বৈশিষ্ট্য ধারণ করে। সংক্ষিপ্ত-গহ্বর কাঠামোর দ্বারা উপলব্ধ বৃহৎ অনুদৈর্ঘ্য মোড ব্যবধানের সাথে মিলিত, SLM অপারেশন সহজেই অর্জন করা হয়। যদিও পর্যায়ক্রমিক ব্র্যাগ গঠনটি মূলত শুধুমাত্র তরঙ্গদৈর্ঘ্য নির্বাচনের জন্য ডিজাইন করা হয়েছিল, একটি গহ্বর-কাঠামোর দৃষ্টিকোণ থেকে, এটি একটি বর্ধিত প্রতিক্রিয়া পৃষ্ঠের সাথে একক-গহ্বর কাঠামোর একটি বিবর্তনও উপস্থাপন করে।

লাভ মাধ্যম দ্বারা শ্রেণীবদ্ধ, ডিবিআর লেজারের মধ্যে সেমিকন্ডাক্টর লেজার এবং ফাইবার লেজার অন্তর্ভুক্ত। সেমিকন্ডাক্টর লেজারের সেমিকন্ডাক্টর উপকরণ এবং মাইক্রো-ন্যানো প্রসেসিং প্রযুক্তির সাথে বানোয়াট সামঞ্জস্যের একটি প্রাকৃতিক সুবিধা রয়েছে। অনেক সেমিকন্ডাক্টর উত্পাদন প্রক্রিয়া, যেমন সেকেন্ডারি এপিটাক্সি, রাসায়নিক বাষ্প জমা, স্টেপ ফটোলিথোগ্রাফি, ন্যানোইমপ্রিন্টিং, ইলেক্ট্রন বিম এচিং এবং আয়ন এচিং, সেমিকন্ডাক্টর লেজারের গবেষণা এবং তৈরিতে সরাসরি প্রয়োগ করা যেতে পারে।

DBR ফাইবার লেজারগুলি DBR সেমিকন্ডাক্টর লেজারের পরে আবির্ভূত হয়েছিল, প্রধানত ফাইবার ওয়েভগাইড প্রসেসিং এবং উচ্চ-ঘনত্ব মাল্টি-ডোপিং প্রযুক্তির বিকাশ দ্বারা সীমাবদ্ধ। বর্তমানে, সাধারণ ফাইবার ওয়েভগাইড তৈরির কৌশলগুলির মধ্যে রয়েছে অক্সিজেন-ডিফেক্ট ফেজ মাস্কিং এবং ফেমটোসেকেন্ড লেজার প্রক্রিয়াকরণ, যখন উচ্চ-ঘনত্বের ফাইবার ডোপিং প্রযুক্তিগুলি পরিবর্তিত রাসায়নিক বাষ্প জমা (MCVD) এবং পৃষ্ঠের প্লাজমা রাসায়নিক বাষ্প জমা (SCVD) অন্তর্ভুক্ত করে।

DFB লেজার কনফিগারেশন

Bragg gratings-এর উপর ভিত্তি করে আরেকটি রেজোনেটর কাঠামো হল DFB কনফিগারেশন। DFB লেজারের প্রধান গহ্বর ব্র্যাগ কাঠামোকে সক্রিয় অঞ্চলের সাথে একীভূত করে এবং তরঙ্গদৈর্ঘ্য নির্বাচনের জন্য কাঠামোর কেন্দ্রে একটি ফেজ-শিফ্ট অঞ্চল প্রবর্তন করে। চিত্র 3(b) এ দেখানো হয়েছে, এই কনফিগারেশনে উচ্চতর মাত্রার একীকরণ এবং কাঠামোগত একতা রয়েছে এবং DBR কাঠামোতে গুরুতর তরঙ্গদৈর্ঘ্য ড্রিফ্ট এবং মোড হপিংয়ের মতো সমস্যাগুলিকে প্রশমিত করে, যা বর্তমান পর্যায়ে এটিকে সবচেয়ে স্থিতিশীল এবং ব্যবহারিক লেজার কনফিগারেশনে পরিণত করে।

DFB লেজারের প্রযুক্তিগত চ্যালেঞ্জ ঝাঁঝরি কাঠামো তৈরির মধ্যে রয়েছে। ডিবিআর সেমিকন্ডাক্টর লেজারে গ্রেটিং ফ্যাব্রিকেশনের জন্য দুটি প্রাথমিক পদ্ধতি রয়েছে: সেকেন্ডারি এপিটাক্সি এবং সারফেস এচিং। রিগ্রোন গ্রেটিং ফিডব্যাক (RGF)-DFB সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলি সক্রিয় অঞ্চলে লো-রিফ্র্যাক্টিভ-ইনডেক্স গ্রেটিংগুলির একটি সেট বাড়াতে সেকেন্ডারি এপিটাক্সি এবং ফটোলিথোগ্রাফি নিয়োগ করে। এই পদ্ধতিটি কম ক্ষতির সাথে সক্রিয় স্তরের গঠন সংরক্ষণ করে, উচ্চ-কিউ অনুরণনকারী তৈরির সুবিধা দেয়। সারফেস গ্রেটিং (SG)-DFB সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলি সক্রিয় অঞ্চলের পৃষ্ঠে সরাসরি একটি ঝাঁঝরি স্তর খোদাই করে। এই পদ্ধতিটি আরও জটিল, সক্রিয় অঞ্চলের উপাদান এবং ডোপিং আয়ন অনুসারে সুনির্দিষ্ট সামঞ্জস্যের প্রয়োজন, এবং উচ্চতর ক্ষতি প্রদর্শন করে, তবুও শক্তিশালী অপটিক্যাল বন্দিত্ব এবং উচ্চতর মোড দমন ক্ষমতা প্রদান করে।

ডিবিআর ফাইবার লেজারের মতো, ডিএফবি ফাইবার লেজারগুলি ফাইবার ওয়েভগাইড প্রসেসিং এবং উচ্চ-ঘনত্বের ডোপড ফাইবার প্রযুক্তির অগ্রগতির উপর নির্ভর করে। DBR ফাইবার লেজারের সাথে তুলনা করে, DFB ফাইবার লেজারগুলি বিরল-পৃথিবী আয়নগুলির তরঙ্গদৈর্ঘ্য শোষণের বৈশিষ্ট্যগুলির কারণে ঝাঁঝরি তৈরিতে আরও বেশি চ্যালেঞ্জ তৈরি করে।

কম্পোজিট ফিডব্যাক এক্সটার্নাল ক্যাভিটি

শর্ট-ক্যাভিটি মেইন-ক্যাভিটি লেজার যেমন DFB এবং DBR-এর ইন্ট্রা-ক্যাভিটি ফোটন মিথস্ক্রিয়া সময় সীমিত থাকে, যা গভীর লাইনউইথ সংকোচনকে কঠিন করে তোলে। লাইনউইথকে আরও সংকুচিত করতে এবং শব্দ দমন করার জন্য, এই ধরনের ছোট-গহ্বর প্রধান-গহ্বর কনফিগারেশনগুলি প্রায়শই কর্মক্ষমতা অপ্টিমাইজেশানের জন্য বাহ্যিক-গহ্বর কাঠামোর সাথে মিলিত হয়। সাধারণ বাহ্যিক-গহ্বরের কাঠামোর মধ্যে রয়েছে স্থানিক বাহ্যিক গহ্বর, ফাইবার বহিরাগত গহ্বর এবং তরঙ্গগাইড বহিরাগত গহ্বর। ফাইবার-অপ্টিক ডিভাইস এবং ওয়েভগাইড স্ট্রাকচারের বিকাশের আগে, বাহ্যিক গহ্বরগুলি প্রধানত বিচ্ছিন্ন অপটিক্যাল উপাদানগুলির সাথে মিলিত স্থানিক অপটিক্স দ্বারা গঠিত ছিল। এর মধ্যে, গ্রেটিং-ভিত্তিক স্থানিক বাহ্যিক-গহ্বর ফিডব্যাক স্ট্রাকচারগুলি মূলত লিট্রো এবং লিটম্যান ডিজাইনগুলি গ্রহণ করে, সাধারণত একটি লেজার গেইন ক্যাভিটি, কাপলিং লেন্স এবং একটি ডিফ্র্যাকশন গ্রেটিং নিয়ে গঠিত। ঝাঁঝরি, প্রতিক্রিয়া উপাদান হিসাবে, তরঙ্গদৈর্ঘ্য টিউনিং, মোড নির্বাচন, এবং লাইনউইথ কম্প্রেশন সক্ষম করে।

উপরন্তু, স্থানিক বাহ্যিক-গহ্বর ফিডব্যাক স্ট্রাকচারগুলি অপটিক্যাল ফিল্টারিং ডিভাইসের একটি পরিসর অন্তর্ভুক্ত করতে পারে, যেমন F-P ইটালন, অ্যাকোস্টো-অপটিক/ইলেক্ট্রো-অপটিক টিউনেবল ফিল্টার এবং ইন্টারফেরোমিটার। এই ফিল্টারিং ডিভাইসগুলি সহজাতভাবে মোড-নির্বাচনের ক্ষমতা রাখে এবং গ্রেটিংগুলি প্রতিস্থাপন করতে পারে; কিছু উচ্চ-কিউ এফ-পি ইটালন এমনকি বর্ণালী সংকীর্ণ এবং লাইনউইথ কম্প্রেশনে প্রতিফলিত গ্রেটিংকে ছাড়িয়ে যায়।

ফাইবার-অপ্টিক ডিভাইস প্রযুক্তির অগ্রগতির সাথে, স্থানিক অপটিক্যাল স্ট্রাকচারগুলিকে অত্যন্ত সমন্বিত, শক্তিশালী ফাইবার ওয়েভগাইড বা ফাইবার ডিভাইসগুলির সাথে প্রতিস্থাপন করা লেজার সিস্টেমের স্থিতিশীলতা উন্নত করার জন্য একটি কার্যকর কৌশল উপস্থাপন করে। ফাইবার বাহ্যিক গহ্বরগুলি সাধারণত ফাইবার ডিভাইসগুলিকে বিভক্ত করে একটি সমস্ত-ফাইবার কাঠামো তৈরি করার জন্য তৈরি করা হয়, যা উচ্চ একীকরণ, রক্ষণাবেক্ষণের সহজতা এবং হস্তক্ষেপের জন্য শক্তিশালী অনাক্রম্যতা প্রদান করে। ফাইবার এক্সটার্নাল-ক্যাভিটি ফিডব্যাক স্ট্রাকচার হতে পারে সাধারণ ফাইবার লুপ ফিডব্যাক, অথবা অল-ফাইবার রেজোনেটর, FBG, ফাইবার F-P ক্যাভিটি এবং WGM রেজোনেটর।

ইন্টিগ্রেটেড ওয়েভগাইড এক্সটারনাল-ক্যাভিটি ফিডব্যাক স্ট্রাকচার সহ সংকীর্ণ লাইনউইথ লেজারগুলি তাদের ছোট প্যাকেজ আকার এবং আরও স্থিতিশীল কর্মক্ষমতার কারণে ব্যাপক মনোযোগ আকর্ষণ করেছে। মূলত, ওয়েভগাইড এক্সটার্নাল-ক্যাভিটি ফিডব্যাক ফাইবার এক্সটার্নাল-ক্যাভিটি ফিডব্যাকের মতো একই প্রযুক্তিগত নীতি অনুসরণ করে, কিন্তু সেমিকন্ডাক্টর ম্যাটেরিয়ালের বৈচিত্র্য এবং মাইক্রো-ন্যানো প্রসেসিং টেকনোলজি আরও কমপ্যাক্ট এবং স্থিতিশীল লেজার সিস্টেমকে সক্ষম করে, ওয়েভগাইড এক্সটার্নাল-রো লাইন ফিডব্যাকের ব্যবহারিকতা বাড়ায়। সাধারণভাবে ব্যবহৃত সেমিকন্ডাক্টর লেজার উপকরণের মধ্যে রয়েছে Si, Si₃N₄ এবং III-V যৌগ।

অপটোইলেক্ট্রনিক অসিলেশন লেজার কনফিগারেশন

অপটোইলেক্ট্রনিক দোলন লেজার কনফিগারেশন হল একটি বিশেষ ফিডব্যাক লেজার আর্কিটেকচার, যেখানে ফিডব্যাক সিগন্যাল সাধারণত একটি বৈদ্যুতিক সংকেত বা একই সাথে অপটোইলেক্ট্রনিক ফিডব্যাক। লেজারে প্রয়োগ করা প্রথম দিকের অপটোইলেক্ট্রনিক ফিডব্যাক প্রযুক্তি ছিল পিডিএইচ ফ্রিকোয়েন্সি স্ট্যাবিলাইজেশন টেকনিক, যা গহ্বরের দৈর্ঘ্য সামঞ্জস্য করতে বৈদ্যুতিক নেতিবাচক প্রতিক্রিয়া ব্যবহার করে এবং লেজার ফ্রিকোয়েন্সিকে রেফারেন্স স্পেকট্রাতে লক করে, যেমন হাই-কিউ রেজোনেটর মোড এবং কোল্ড-অ্যাটম শোষণ লাইন। নেতিবাচক ফিডব্যাক টিউনিংয়ের মাধ্যমে, লেজার রেজোনেটর রিয়েল টাইমে লেজার অপারেটিং অবস্থার সাথে মেলে, ফ্রিকোয়েন্সি অস্থিরতা 10⁻¹⁷ ক্রমে হ্রাস করে। যাইহোক, বৈদ্যুতিক প্রতিক্রিয়া উল্লেখযোগ্য সীমাবদ্ধতার সম্মুখীন হয়, যার মধ্যে ধীর প্রতিক্রিয়ার গতি এবং ব্যাপক সার্কিটরি জড়িত অত্যধিক জটিল সার্ভো সিস্টেম। এই কারণগুলির ফলে উচ্চ প্রযুক্তিগত অসুবিধা, কঠোর নিয়ন্ত্রণ নির্ভুলতা এবং লেজার সিস্টেমের জন্য উচ্চ খরচ হয়। তদুপরি, রেফারেন্স উত্সের উপর সিস্টেমের শক্তিশালী নির্ভরতা লেজার তরঙ্গদৈর্ঘ্যকে নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সি পয়েন্টগুলিতে কঠোরভাবে সীমাবদ্ধ করে, এর ব্যবহারিক প্রযোজ্যতাকে আরও সীমাবদ্ধ করে।