Laser linewidth
லேசர் லைன்விட்த் என்பது லேசர் கற்றை நிறமாலை லைன்விட்த் ஆகும். லேசர் உமிழ்வின் மிகவும் தனித்துவமான பண்புகளில் இரண்டு இடஞ்சார்ந்த ஒத்திசைவு மற்றும் நிறமாலை ஒத்திசைவு ஆகும். இடஞ்சார்ந்த ஒத்திசைவு லேசரின் கற்றை வேறுபாட்டுடன் தொடர்புடையது என்றாலும், லேசர் கதிர்வீச்சின் லைன் அகலத்தை அளவிடுவதன் மூலம் நிறமாலை ஒத்திசைவு மதிப்பிடப்படுகிறது. கோட்பாடு வரலாறுஃ லேசர் லைன்விட்த்தின் முதல் வழித்தோன்றல் மனிதனால் உருவாக்கப்பட்ட முதல் ஒத்திசைவான ஒளி ஆதாரம் ஒரு மேசர் ஆகும். சுருக்கமான MASER என்பது "கதிர்வீச்சின் தூண்டப்பட்ட உமிழ்வால் மைக்ரோவேவ் பெருக்கம்" என்பதைக் குறிக்கிறது. இன்னும் துல்லியமாக, இது 12,5 மிமீ அலைநீளத்தில் செயல்படும் அம்மோனியா மேசர் ஆகும், இது 1954 இல் கார்டன், ஜீகர் மற்றும் டவுன்ஸ் ஆகியோரால் நிரூபிக்கப்பட்டது. ஒரு வருடம் கழித்து அதே எழுத்தாளர்கள் கோட்பாட்டளவில் தங்கள் சாதனத்தின் லைன்விட்த்தைப் பெற்றனர், அவற்றின் அம்மோனியா மேசர் குறிப்பிடத்தக்க வகையில், அவற்றின் வழித்தோன்றல் முற்றிலும் அரை-கிளாசிக்கல் ஆகும், அம்மோனியா மூலக்கூறுகளை குவாண்டம் உமிழ்ப்பாளர்களாக விவரிக்கிறது மற்றும் கிளாசிக்கல் மின்காந்த புலங்களை (ஆனால் அளவிடப்பட்ட புலங்கள் அல்லது குவாண்டம் ஏற்ற இறக்கங்கள் இல்லை) கருதுகிறது, இதன் விளைவாக அரை-அகலம்-அரை-அதிகபட்சம் (HWHM) மேசர் லைன்விட்த் இங்கே ஒரு நட்சத்திரத்தால் குறிக்கப்பட்டு முழு-அகலம்-அரை-அதிகபட்சம் (FWHM) லைன்விட்த் ஆக மாற்றப்படுகிறது. போல்ட்ஸ்மேன் மாறிலி, வெப்பநிலை, வெளியீட்டு சக்தி, மற்றும் முறையே அடிப்படை செயலற்ற மைக்ரோவேவ் ரெசனேட்டரின் HWHM மற்றும் FWHM லைன்விட்த்கள் ஆகும். 1958 ஆம் ஆண்டில், மைமான் லேசரை நிரூபிப்பதற்கு இரண்டு ஆண்டுகளுக்கு முன்பு (ஆரம்பத்தில் "ஆப்டிகல் மேசர்" என்று அழைக்கப்பட்டது), ஷாவ்லோ மற்றும் டவுன்ஸ் ஆகியோர் வெப்ப ஆற்றலை ஃபோட்டான் ஆற்றலால் மாற்றுவதன் மூலம் மேசர் லைன்விட்த்தை ஆப்டிகல் ஆட்சிக்கு மாற்றினர், அங்கு பிளாங்க் மாறிலி மற்றும் லேசர் ஒளியின் அதிர்வெண், இதன் மூலம் அந்த IV ஐ தோராயமாக மதிப்பிடுகிறது. ஃபோட்டான்-சிதைவு நேரத்தில் தன்னிச்சையான உமிழ்வு மூலம் ஒரு ஃபோட்டான் லேசிங் பயன்முறையில் இணைக்கப்படுகிறது, இதன் விளைவாக லேசர் லைன் அகலத்தின் அசல் ஷாவ்லோ-டவுன்ஸ் தோராயமாக உள்ளதுஃ மீண்டும், மைக்ரோவேவிலிருந்து ஆப்டிகல் ஆட்சிக்கு மாற்றுவது முற்றிலும் அரை கிளாசிக்கல் ஆகும். இதன் விளைவாக, அசல் ஷாவ்லோ-டவுன்ஸ் சமன்பாடு முற்றிலும் அரை கிளாசிக்கல் இயற்பியலை அடிப்படையாகக் கொண்டது மற்றும் மிகவும் பொதுவான லேசர் லைன் அகலத்தின் நான்கு மடங்கு தோராயமாகும், இது பின்வருவனவற்றில் பெறப்படும். செயலற்ற அதிர்வு முறைஃ ஃபோட்டான்-சிதைவு நேரம் வடிவியல் நீளமுள்ள இரண்டு-கண்ணாடி ஃபேப்ரி-பெரோட் அதிர்வுறியை நாம் கருதுகிறோம், இது ஒளிவிலகல் குறியீட்டின் செயலில் உள்ள லேசர் ஊடகத்தால் ஒரே மாதிரியாக நிரப்பப்படுகிறது. நாம் குறிப்பு சூழ்நிலையை வரையறுக்கிறோம், அதாவது செயலற்ற அதிர்வு முறை, அதன் செயலில் உள்ள ஊடகம் வெளிப்படையானது, அதாவது, அது ஆதாயம் அல்லது உறிஞ்சுதலை அறிமுகப்படுத்தாது. அதிர்வுறியில் வேகத்துடன் பயணிக்கும் ஒளியின் சுற்றுப்பயண நேரம், வெற்றிடத்தில் ஒளியின் வேகம் எங்கே, மற்றும் இலவச நிறமாலை வரம்பு நீளமான அதிர்வு முறையில் ஒளியால் கொடுக்கப்படுகிறது q வது அதிர்வு அதிர்வெண்ணில் ஊசலாடுகிறது அதிவேக வெளிப்புற சிதைவு நேரம் மற்றும் அதனுடன் தொடர்புடைய சிதைவு-விகித மாறிலி ஆகியவை இரண்டு அதிர்வு கண்ணாடிகளின் தீவிர பிரதிபலிப்புகளுடன் தொடர்புடையவை அதிவேக உள்ளார்ந்த இழப்பு நேரம் மற்றும் அதனுடன் தொடர்புடைய சிதைவு-விகித மாறிலி மூலம் உள்ளார்ந்த சுற்றுப்பயண இழப்புடன் தொடர்புடையவை அதிவேக ஃபோட்டான்-சிதைவு நேரம் மற்றும் செயலற்ற அதிர்வுகளின் தொடர்புடைய சிதைவு-விகித மாறிலி பின்னர் மூன்று அதிவேக சிதைவு நேரங்களால் வழங்கப்படுகிறது. செயலற்ற ஒத்ததிர்வு முறைஃ லோரெண்ட்சியன் லைன்விட்த், க்யூ காரணி, ஒத்திசைவு நேரம் மற்றும் நீளம் ஃபோட்டான்-சிதைவு நேரத்தைத் தவிர, செயலற்ற ஒத்ததிர்வு முறையின் நிறமாலை-ஒத்திசைவு பண்புகளை பின்வரும் அளவுருக்களால் சமமாக வெளிப்படுத்தலாம். ஷாவ்லோ-டவுன்ஸ் சமன்பாட்டில் தோன்றும் செயலற்ற ஒத்ததிர்வு முறையின் எஃப். டபிள்யூ. எச். எம் லோரெண்ட்சியன் லைன்விட்த் ஃபோரியர் மாற்றத்தால் அதிவேக ஃபோட்டான்-சிதைவு நேரத்திலிருந்து பெறப்படுகிறது, க்யூ-காரணி ஒரு அலைவு சுழற்சியில் இழக்கப்படும் ஆற்றலின் மீது ஒத்ததிர்வு முறையில் சேமிக்கப்பட்ட ஆற்றல் என்று வரையறுக்கப்படுகிறது, அங்கு பயன்முறையில் உள்ள ஃபோட்டான்களின் எண்ணிக்கை. முறைமையில் இருந்து வெளிப்படும் ஒளியின் ஒத்திசைவு நேரம் மற்றும் ஒத்திசைவு நீளம் செயலில் உள்ள ஒத்ததிர்வு முறை மூலம் கொடுக்கப்படுகின்றனஃ ஆதாயம், ஃபோட்டான்-சிதைவு நேரம், லோரெண்ட்சியன் லைன்விட்த், க்யூ-காரணி, ஒத்திசைவு நேரம் மற்றும் நீளம் முறையே மக்கள் தொகை அடர்த்தி மற்றும் மேல் மற்றும் கீழ் லேசர் நிலை, மற்றும் பயனுள்ள குறுக்குவெட்டுகள் மற்றும் தூண்டப்பட்ட உமிழ்வு மற்றும் அதிர்வு அதிர்வெண்ணில் உறிஞ்சுதல், முறையே, அதிர்வு அதிர்வெண்ணில் செயலில் உள்ள லேசர் ஊடகத்தில் ஒரு யூனிட் நீளத்திற்கு ஆதாயம் தூண்டல் பெருக்கத்தின் A மதிப்பால் வழங்கப்படுகிறது, அதே நேரத்தில் அதிர்வு அதிர்வெண்ணில் ஒளியை உறிஞ்சுவதைத் தூண்டுகிறது, இதன் விளைவாக செயலில் உள்ள அதிர்வு முறைமையிலிருந்து ஃபோட்டான்களின் நீளமான அல்லது குறுகிய ஃபோட்டான்-சிதைவு நேரம், முறையே, மற்ற நான்கு லோரெண்ட்சியன் லைன்விட்த் ஃபோரியர் மாற்றத்தால் பெறப்படுகிறது, இது குறுகிய நிலைக்கு வழிவகுக்கிறது, அதே நேரத்தில் ஸ்பெக்ட்ரல் லைன்விட்த்தின் உறிஞ்சுதல் விரிவாக்கத்திற்கு வழிவகுக்கிறது. க்யூ-காரணி ஒத்திசைவு நேரம் மற்றும் நீளம் ஸ்பெக்ட்ரல்-ஒத்திசைவு காரணி ஃபோட்டான்-சிதைவு நேரம் ஆதாயத்தால் நீட்டிக்கப்படும் அல்லது உறிஞ்சுவதன் மூலம் சுருக்கப்படும் காரணி ஸ்பெக்ட்ரல்-ஒத்திசைவு காரணியாக இங்கு அறிமுகப்படுத்தப்படுகிறதுஃ ஐந்து ஸ்பெக்ட்ரல்-ஒத்திசைவு அளவுருக்களும் பின்னர் அதே ஸ்பெக்ட்ரல்-ஒத்திசைவு காரணியால் அளவிடப்படுகின்றனஃ லேசிங் ரெசனேட்டர் முறைஃ அடிப்படை லேசர் லைன்விட்த் லேசிங் ரெசனேட்டர் முறைக்குள் பரவும் ஃபோட்டான்களின் எண்ணிக்கையுடன், தூண்டப்பட்ட-உமிழ்வு மற்றும் ஃபோட்டான்-சிதைவு விகிதங்கள் முறையே, ஸ்பெக்ட்ரல்-ஒத்திசைவு காரணி பின்னர் லேசிங் ரெசனேட்டர் பயன்முறையின் ஃபோட்டான்-சிதைவு நேரமாக மாறுகிறது அடிப்படை லேசர் லைன்விட்த் இது அடிப்படை லேசர் லைன்விட்த் அரை கிளாசிக்கல் விளைவு காரணமாக உள்ளது என்பது அதன் வழித்தோன்றலில் இருந்து தெளிவாகிறது, இதனால் ஆதாயம் ஃபோட்டான்-சிதைவு நேரத்தை நீட்டிக்கிறது. தொடர்ச்சியான அலை லேசர்ஃ இழப்புகளை விட ஆதாயம் சிறியது லேசிங் ரெசனேட்டர் பயன்முறையில் தன்னிச்சையான-உமிழ்வு விகிதம் குறிப்பிடத்தக்க வகையில் வழங்கப்படுகிறது, இது எப்போதும் ஒரு நேர்மறை விகிதமாகும், ஏனெனில் ஒரு அணு கிளர்ச்சி லேசிங் பயன்முறையில் ஒரு ஃபோட்டானாக மாற்றப்படுகிறது. இது லேசர் கதிர்வீச்சின் மூலச் சொல்லாகும், மேலும் இதை "சத்தம்" என்று தவறாகப் புரிந்து கொள்ளக் கூடாது. ஒற்றை லேசிங் முறைக்கான ஃபோட்டான்-விகித சமன்பாடு ஒரு சி. டபிள்யூ லேசர் லேசிங் முறையில் தற்காலிகமாக நிலையான ஃபோட்டான்களால் வரையறுக்கப்படுகிறது, எனவே. ஒரு சி. டபிள்யூ லேசரில் தூண்டப்பட்ட மற்றும் தன்னிச்சையான-உமிழ்வு விகிதங்கள் ஒன்றாக ஃபோட்டான்-சிதைவு விகிதத்தை ஈடுசெய்கின்றன. இதன் விளைவாக, தூண்டப்பட்ட-உமிழ்வு விகிதம் ஃபோட்டான்-சிதைவு விகிதத்தை விட சிறியது அல்லது, பேச்சுவழக்கில், "ஆதாயம் இழப்புகளை விட சிறியது". இந்த உண்மை பல தசாப்தங்களாக அறியப்பட்டு, குறைக்கடத்தி லேசர்களின் நுழைவாயில் நடத்தையை அளவிட பயன்படுத்தப்படுகிறது. லேசர் வரம்பிற்கு மேலே கூட ஆதாயம் இழப்புகளை விட ஒரு சிறிய பிட் சிறியதாக உள்ளது. இந்த சிறிய வேறுபாடு தான் சி. டபிள்யூ லேசரின் வரையறுக்கப்பட்ட லைன் அகலத்தைத் தூண்டுகிறது. அடிப்படையில் லேசர் தன்னிச்சையான உமிழ்வின் பெருக்கி என்றும், சி. டபிள்யூ லேசர் லைன்விட்த் அரை கிளாசிக்கல் விளைவு காரணமாக இழப்புகளை விட ஆதாயம் சிறியது என்றும் இந்த வழித்தோன்றலில் இருந்து தெளிவாகிறது. அடர்த்தி-ஆபரேட்டர் மாஸ்டர் சமன்பாட்டின் அடிப்படையில் லேசர் லைன்விட்த்துக்கான குவாண்டம்-ஆப்டிகல் அணுகுமுறைகளிலும், இழப்புகளை விட ஆதாயம் சிறியது என்பதை சரிபார்க்க முடியும். மேலே குறிப்பிட்டுள்ளபடி, அசல் ஷாவ்லோ-டவுன்ஸ் சமன்பாடு அடிப்படை லேசர் லைன் அகலத்தின் நான்கு மடங்கு தோராயமாகும் என்பது அதன் வரலாற்று வழித்தோன்றலிலிருந்து தெளிவாகிறது. மேலே பெறப்பட்ட அடிப்படை லேசர் லைன் அகலத்திலிருந்து தொடங்கி, நான்கு தோராயங்களைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் i.-iv. ஒன்று அசல் ஷாவ்லோ-டவுன்ஸ் சமன்பாட்டைப் பெறுகிறது. அதாவது, அதே நான்கு தோராயங்களைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் i.-iv. முதல் வழித்தோன்றலில் பயன்படுத்தப்பட்ட அடிப்படை லேசர் லைன் அகலத்திற்கு, அசல் ஷாவ்லோ-டவுன்ஸ் சமன்பாடு பெறப்படுகிறது. எனவே, அடிப்படை லேசர் லைன்விட்த் என்பது அசல் ஷாவ்லோ-டவுன்ஸ் சமன்பாடு இந்த அடிப்படை லேசர் லைன்விட்த்தின் நான்கு மடங்கு தோராயமாகும், மேலும் இது வரலாற்று ஆர்வத்தை மட்டுமே கொண்டுள்ளது. 1958 இல் அதன் வெளியீட்டைத் தொடர்ந்து, அசல் ஷாவ்லோ-டவுன்ஸ் சமன்பாடு பல்வேறு வழிகளில் நீட்டிக்கப்பட்டது. இந்த நீட்டிக்கப்பட்ட சமன்பாடுகள் பெரும்பாலும் "ஷாவ்லோ-டவுன்ஸ் லைன்விட்த்" என்ற அதே பெயரில் வர்த்தகம் செய்யப்படுகின்றன, இதன் மூலம் லேசர் லைன்விட்த்தில் கிடைக்கக்கூடிய இலக்கியங்களில் ஒரு உண்மையான குழப்பத்தை உருவாக்குகிறது, ஏனெனில் அந்தந்த ஆசிரியர்கள் குறிப்பிடும் அசல் ஷாவ்லோ-டவுன்ஸ் சமன்பாட்டின் குறிப்பிட்ட நீட்டிப்பு பெரும்பாலும் தெளிவாக இல்லை. பல அரை கிளாசிக்கல் நீட்டிப்புகள் ஒன்று அல்லது பல தோராயங்களை i.-iv அகற்றுவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளன. மேலே குறிப்பிட்டுள்ளபடி, அதன் மூலம் மேலே பெறப்பட்ட அடிப்படை லேசர் லைன் அகலத்தை நோக்கி படிகள் எடுக்கப்படுகின்றன. பின்வரும் நீட்டிப்புகள் அடிப்படை லேசர் லைன் அகலத்தை அதிகரிக்கலாம்ஃ லேசர் லைன் அகலத்தை அளவிடுதல் ஒரு லேசரின் ஒத்திசைவை அளவிட பயன்படுத்தப்படும் முதல் முறைகளில் ஒன்று இன்டர்ஃபெரோமெட்ரி ஆகும். லேசர் லைன் அகலத்தை அளவிடுவதற்கான ஒரு பொதுவான முறை சுய-ஹெடெரோடைன் இன்டர்ஃபெரோமெட்ரி ஆகும். ஒரு மாற்று அணுகுமுறை ஸ்பெக்ட்ரோமெட்ரியின் பயன்பாடாகும். தொடர்ச்சியான லேசர்கள் ஒரு பொதுவான ஒற்றை-குறுக்குவெட்டு-முறை ஹீ-நீ லேசரில் (632.8 என்எம் அலைநீளத்தில்) லேசர் லைன்விட்த், இன்ட்ராகாவிட்டி கோடு குறுகிய ஒளியியல் இல்லாத நிலையில், 1 ஜிகாஹெர்ட்ஸ் வரிசையில் இருக்கலாம். அரிய-பூமி-டோப் செய்யப்பட்ட மின்கடத்தா அடிப்படையிலான அல்லது குறைக்கடத்தி அடிப்படையிலான விநியோகிக்கப்பட்ட-பின்னூட்ட லேசர்கள் 1 கிலோஹெர்ட்ஸ் வரிசையில் வழக்கமான லைன் அகலங்களைக் கொண்டுள்ளன. நிலைப்படுத்தப்பட்ட குறைந்த-சக்தி தொடர்ச்சியான-அலை லேசர்களின் லேசர் லைன்விட்த் மிகவும் குறுகியதாகவும் 1 கிலோஹெர்ட்ஸ் க்கும் குறைவாகவும் இருக்கும். தொழில்நுட்ப சத்தம் (ஒளியியல் பம்ப் சக்தி அல்லது பம்ப் மின்னோட்டத்தின் தற்காலிக ஏற்ற இறக்கங்கள், இயந்திர அதிர்வுகள், ஒளிவிலகல்-குறியீடு மற்றும் வெப்பநிலை ஏற்ற இறக்கங்கள் காரணமாக நீளம் மாற்றங்கள் போன்றவை) காரணமாக கவனிக்கப்படும் லைன் அகலங்கள் அடிப்படை லேசர் லைன் அகலத்தை விட பெரியவை. துடிப்பு லேசர்கள் உயர்-சக்தி, உயர்-ஆதாயம் துடிப்பு-லேசர்களில் இருந்து லேசர் லைன்விட்த், இன்ட்ராகாவிட்டி லைன் குறுகிய ஒளியியல் இல்லாத நிலையில், மிகவும் பரந்ததாக இருக்கலாம் மற்றும் சக்திவாய்ந்த பிராட்பேண்ட் டை லேசர்களைப் பொறுத்தவரை இது ஒரு சில என்எம் அகலத்திலிருந்து 10 என்எம் வரை அகலமாக இருக்கலாம். கோடு குறுகும் ஒளியியலை உள்ளடக்கிய உயர்-சக்தி உயர்-ஆதாய துடிப்பு லேசர் ஊசலாட்டங்களிலிருந்து லேசர் லைன்விட்த் என்பது லேசர் குழியின் வடிவியல் மற்றும் சிதறல் அம்சங்களின் செயல்பாடாகும். முதல் தோராயத்திற்கு லேசர் லைன்விட்த், உகந்த குழியில், ஒட்டுமொத்த இன்ட்ராகாவிட்டி சிதறலின் தலைகீழால் பெருக்கப்படும் உமிழ்வின் கற்றை வேறுபாட்டிற்கு நேரடியாக விகிதாசாரமாகும். அதாவது, இது குழி லைன்விட்த் சமன்பாடு என்று அழைக்கப்படுகிறது, அங்கு கற்றை வேறுபாடு மற்றும் அடைப்புக்குறிக்குள் உள்ள சொல் (−1 க்கு உயர்த்தப்பட்டது) ஒட்டுமொத்த இன்ட்ராகாவிட்டி சிதறல் ஆகும். இந்த சமன்பாடு முதலில் கிளாசிக்கல் ஒளியியலில் இருந்து பெறப்பட்டது. இருப்பினும், 1992 ஆம் ஆண்டில் டுவார்டே இந்த சமன்பாட்டை குவாண்டம் இன்டர்ஃபெரோமெட்ரிக் கொள்கைகளிலிருந்து பெற்றார், இதனால் குவாண்டம் வெளிப்பாட்டை ஒட்டுமொத்த இன்ட்ராகாவிட்டி கோண சிதறலுடன் இணைத்தார். ஒரு உகந்த பல-ப்ரிஸம் கிரேட்டிங் லேசர் ஆஸிலேட்டர் கிலோவாட் ஆட்சியில் ≈ 350 மெகா ஹெர்ட்ஸ் ஒற்றை-நீளமான-முறை லைன்விட்த்துகளில் துடிப்பு உமிழ்வை வழங்க முடியும் (590 என்எம் லேசர் அலைநீளத்தில் ≈ 0.0004 என்எம் க்கு சமம்). இந்த ஊசலாட்டங்களின் துடிப்பு காலம் சுமார் 3 என்எஸ் என்பதால், லேசர் லைன்விட்த் செயல்திறன் ஹைசன்பெர்க் நிச்சயமற்ற கொள்கையால் அனுமதிக்கப்பட்ட வரம்பிற்கு அருகில் உள்ளது. லேசர் ஃபேப்ரி-பெரோட் இன்டர்ஃபெரோமீட்டர் பீம் வேறுபாடு பல-ப்ரிஸம் சிதறல் கோட்பாடு பல-ப்ரிஸம் கிரேட்டிங் லேசர் ஆஸிலேட்டர் என்-ஸ்லிட் இன்டர்ஃபெரோமெட்ரிக் சமன்பாடு ஆஸிலேட்டர் லைன்விட்த் திட நிலை சாய லேசர்கள் குறிப்புகள் லைன்விட்த்