Prism compressor
પ્રિઝમ કોમ્પ્રેસર એ એક ઓપ્ટિકલ ઉપકરણ છે જેનો ઉપયોગ વિવિધ તરંગલંબાઇના ઘટકોને અલગ સમય વિલંબ આપીને પોઝિટિવ ચિર્પ્ડ અલ્ટ્રાશોર્ટ લેસર પલ્સનો સમયગાળો ઘટાડવા માટે થાય છે. તેમાં સામાન્ય રીતે બે પ્રિઝમ અને એક અરીસો હોય છે. આકૃતિ 1 આવા કોમ્પ્રેસરની રચના દર્શાવે છે. જો કે પ્રિઝમ સામગ્રીનું વિખેરણ વિવિધ તરંગલંબાઇના ઘટકોને વિવિધ માર્ગો પર મુસાફરી કરવાનું કારણ બને છે, તેમ છતાં કોમ્પ્રેસર એવી રીતે બનાવવામાં આવે છે કે તમામ તરંગલંબાઇના ઘટકો કોમ્પ્રેસરને જુદા જુદા સમયે છોડી દે છે, પરંતુ તે જ દિશામાં. જો લેસર પલ્સના વિવિધ તરંગલંબાઇ ઘટકો સમયસર અલગ થઈ ગયા હોય, તો પ્રિઝમ કોમ્પ્રેસર તેમને એકબીજા સાથે ઓવરલેપ કરી શકે છે, આમ ટૂંકા પલ્સનું કારણ બને છે. પ્રિઝમ કોમ્પ્રેસરનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે ટીઆઈઃ નીલમ મોડેલોક લેસરોની અંદર ફેલાવાને વળતર આપવા માટે થાય છે. દરેક વખતે જ્યારે અંદરની લેસર પલ્સ લેસર પોલાણની અંદરના ઓપ્ટિકલ ઘટકોમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે તે ખેંચાઈ જાય છે. પોલાણની અંદર પ્રિઝમ કોમ્પ્રેસરની રચના એવી રીતે કરી શકાય છે કે તે આ આંતર-પોલાણના ફેલાવાને બરાબર વળતર આપે. તેનો ઉપયોગ લેસર પોલાણની બહાર અલ્ટ્રાશોર્ટ કઠોળના ફેલાવાને સરભર કરવા માટે પણ થઈ શકે છે. પ્રિઝમેટિક પલ્સ કમ્પ્રેશન સૌપ્રથમ 1983 માં ડાયટેલ એટ અલ દ્વારા એક જ પ્રિઝમનો ઉપયોગ કરીને રજૂ કરવામાં આવ્યું હતું. અને 1984માં ફોર્ક એટ અલ દ્વારા ચાર-પ્રિઝમ પલ્સ કોમ્પ્રેસરનું પ્રદર્શન કરવામાં આવ્યું હતું. વધારાના પ્રાયોગિક વિકાસમાં પ્રિઝમ-જોડી પલ્સ કોમ્પ્રેસર અને સેમિકન્ડક્ટર લેસરો માટે છ-પ્રિઝમ પલ્સ કોમ્પ્રેસરનો સમાવેશ થાય છે. પલ્સ સંકોચન માટે બહુવિધ-પ્રિઝમ વિક્ષેપ સિદ્ધાંત, 1982 માં ડુઆર્ટ અને પાઇપર દ્વારા રજૂ કરવામાં આવ્યો હતો, 1987 માં બીજા ડેરિવેટિવ્ઝ સુધી વિસ્તૃત કરવામાં આવ્યો હતો, અને 2009 માં ઉચ્ચ ક્રમના તબક્કાના ડેરિવેટિવ્ઝ સુધી વિસ્તૃત કરવામાં આવ્યો હતો. પ્રિઝમ પર મલ્ટી-પાસ વ્યવસ્થાને સક્ષમ કરવા માટે બાજુના પરાવર્તકો સાથે મોટા પ્રિઝમનો ઉપયોગ કરીને એક વધારાનું કોમ્પ્રેસર 2006 માં રજૂ કરવામાં આવ્યું હતું. કામગીરીનો સિદ્ધાંત દૃશ્યમાન પ્રકાશ માટે પારદર્શક હોય તેવી લગભગ તમામ ઓપ્ટિકલ સામગ્રીમાં સામાન્ય અથવા હકારાત્મક પ્રસરણ હોય છેઃ વધતી તરંગલંબાઇ સાથે રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ ઘટે છે. આનો અર્થ એ છે કે લાંબી તરંગલંબાઇ આ સામગ્રીઓમાંથી ઝડપથી પસાર થાય છે. પ્રિઝમ કોમ્પ્રેસરમાં પ્રિઝમ માટે પણ આ જ સાચું છે. જો કે, લાંબા તરંગલંબાઇના ઘટકોને બીજા પ્રિઝમમાંથી પસાર થવું પડે છે તે વધારાના અંતર દ્વારા પ્રિઝમનું હકારાત્મક પ્રસરણ સરભર થાય છે. આ એક નાજુક સંતુલન છે, કારણ કે ટૂંકી તરંગલંબાઇ હવામાં વધુ અંતરની મુસાફરી કરે છે. જો કે, ભૂમિતિની સાવચેતીપૂર્વક પસંદગી સાથે, નકારાત્મક પ્રસરણ બનાવવું શક્ય છે જે અન્ય ઓપ્ટિકલ ઘટકોમાંથી હકારાત્મક પ્રસરણની ભરપાઈ કરી શકે છે. આ ચિત્ર 3 માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે. પ્રિઝમ પી 2 ને ઉપર અને નીચે ખસેડીને, કોમ્પ્રેસરનું વિક્ષેપક રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ એન = 1.6 (લાલ વળાંક) અને હકારાત્મક (વાદળી વળાંક) ની આસપાસ નકારાત્મક બંને હોઈ શકે છે. નકારાત્મક પ્રસરણ સાથેની શ્રેણી પ્રમાણમાં ટૂંકી હોય છે કારણ કે પ્રકાશ કિરણો તેને સંપૂર્ણપણે ચૂકી જાય તે પહેલાં પ્રિઝમ પી 2 ને માત્ર ટૂંકા અંતર પર ઉપરની તરફ ખસેડી શકાય છે. સિદ્ધાંતમાં, પ્રિઝમ કોમ્પ્રેસરના પ્રસરણ ગુણધર્મોને ટ્યુન કરવા માટે α કોણને અલગ કરી શકાય છે. વ્યવહારમાં, જોકે, ભૂમિતિ એવી રીતે પસંદ કરવામાં આવે છે કે ઇન્સિડેન્ટ અને રીફ્રેક્ટેડ બીમ કોમ્પ્રેસ કરવા માટે સ્પેક્ટ્રમની કેન્દ્રીય તરંગલંબાઇ પર સમાન કોણ ધરાવે છે. આ રૂપરેખાંકનને "ન્યૂનતમ વિચલનના ખૂણા" તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, અને મનસ્વી ખૂણાઓ કરતાં સંરેખિત કરવું સરળ છે. બી. કે. 7 કાચ જેવી લાક્ષણિક સામગ્રીનો રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ અલ્ટ્રાશોર્ટ પલ્સ દ્વારા આવરી લેવામાં આવેલા થોડા દસ નેનોમીટરની અંદર માત્ર થોડી માત્રામાં (0.01-0.02) બદલાય છે. વ્યવહારુ કદની અંદર, પ્રિઝમ કોમ્પ્રેસર તરંગલંબાઇના ઘટકો વચ્ચેના પાથ લંબાઈના તફાવતોની માત્ર થોડાક સો માઇક્રોનની ભરપાઈ કરી શકે છે. જો કે, મોટી રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ સામગ્રી (જેમ કે SF10, SF11, વગેરે) નો ઉપયોગ કરીને. વળતર અંતરને મીમી સ્તર સુધી લંબાવી શકાય છે. આ તકનીકનો ઉપયોગ ફેમ્ટોસેકન્ડ લેસર પોલાણની અંદર ટીઆઈઃ નીલમ સ્ફટિકના વળતર માટે અને અન્ય ઘટકો દ્વારા રજૂ કરવામાં આવેલા વિખેરણના વળતર માટે સફળતાપૂર્વક કરવામાં આવ્યો છે. જો કે, પ્રિઝમ કોમ્પ્રેસર પોતે તેમજ અન્ય ઓપ્ટિકલ તત્વો દ્વારા ઉચ્ચ ક્રમના વિક્ષેપની રજૂઆત કરવામાં આવશે. તેને અલ્ટ્રાશોર્ટ પલ્સના કાળજીપૂર્વક માપન સાથે સુધારી શકાય છે અને તબક્કાની વિકૃતિને સરભર કરી શકાય છે. એમ. આઈ. આઈ. પી. એસ. એ પલ્સ આકાર આપવાની તકનીકોમાંની એક છે જે ઉચ્ચ ક્રમના ફેલાવાને આપમેળે માપી અને ભરપાઈ કરી શકે છે. પલ્સના ગૂંચવણભર્યા સંસ્કરણ તરીકે અંતિમ અરીસાને આકાર આપતો ક્યારેક નમેલો અથવા તો વિકૃત પણ હોય છે, જે સ્વીકારે છે કે કિરણો એક જ માર્ગ પર પાછા ફરતા નથી અથવા અલગ થતા નથી. આકૃતિ 4 માં, ફ્યુઝ્ડ સિલિકાથી બનેલા પ્રિઝમ-જોડી કોમ્પ્રેસરના વિખેરણ ક્રમની લાક્ષણિકતાઓને પ્રથમ પ્રિઝમની નિવેશ ઊંડાઈના કાર્ય તરીકે દર્શાવવામાં આવી છે, જે કેન્દ્રીય તરંગલંબાઇ અને સ્પેક્ટ્રલ બેન્ડવિડ્થ સાથે લેસર પલ્સ માટે સૂચવવામાં આવે છે. આ મૂલ્યાંકન લાહ-લાગ્યુરે ઓપ્ટિકલ ઔપચારિકતાનો ઉપયોગ કરે છે-જે ફેલાવાના ઉચ્ચ ક્રમની સામાન્ય રચના છે. પ્રિઝમ વચ્ચેના વિભાજન માટે બ્રેવસ્ટર ખૂણા નજીક કોમ્પ્રેસરનું મૂલ્યાંકન કરવામાં આવે છે, લઘુત્તમ તરંગલંબાઇ પર બીજા પ્રિઝમ માટે નિવેશની ઊંડાઈ, અને ફ્યુઝ્ડ સિલિકા પ્રિઝમ માટે ટોચનો ખૂણો. પ્રસરણ સિદ્ધાંત લેસર પલ્સ સંકોચનને લાગુ પડતા સામાન્યીકૃત પ્રિઝમેટિક એરે માટે કોણીય પ્રસરણની ગણતરી બહુવિધ-પ્રિઝમ પ્રસરણ સિદ્ધાંતનો ઉપયોગ કરીને કરી શકાય છે. ખાસ કરીને, પ્રસરણ, તેનું પ્રથમ વ્યુત્પન્ન અને તેનું બીજું વ્યુત્પન્ન, તેના દ્વારા આપવામાં આવે છે જ્યાં બહુવિધ-પ્રિઝમ પ્રસરણ સિદ્ધાંત માટે લેખમાં કોણીય જથ્થાને વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે અને ઉચ્ચ વ્યુત્પન્ન ડુઆર્ટે દ્વારા આપવામાં આવે છે. અન્ય પલ્સ કોમ્પ્રેસર સાથે સરખામણી સૌથી સામાન્ય અન્ય પલ્સ કોમ્પ્રેસર ગ્રેટિંગ્સ પર આધારિત છે (જુઓ ચીર્પ્ડ પલ્સ એમ્પ્લીફિકેશન), જે સરળતાથી પ્રિઝમ કોમ્પ્રેસર (મિલીમીટરના દસમા ભાગને બદલે સેન્ટિમીટર) કરતાં ઘણું મોટું નકારાત્મક વિક્ષેપ પેદા કરી શકે છે. જો કે, ગ્રેટિંગ કોમ્પ્રેસરમાં ઉચ્ચ-ક્રમના વિવર્તન અને ગ્રેટિંગ્સના ધાતુના આવરણમાં શોષણના નુકસાનને કારણે ઓછામાં ઓછું 30 ટકા નુકસાન થાય છે. યોગ્ય એન્ટી-રિફ્લેક્શન કોટિંગવાળા પ્રિઝમ કોમ્પ્રેસરમાં 2 ટકાથી ઓછું નુકસાન થઈ શકે છે, જે તેને લેસર પોલાણની અંદર એક શક્ય વિકલ્પ બનાવે છે. વધુમાં, પ્રિઝમ કોમ્પ્રેસર ગ્રેટિંગ કોમ્પ્રેસર કરતાં સસ્તું છે. પલ્સ કમ્પ્રેશનની અન્ય એક તકનીકમાં ચીર્પ્ડ મિરર્સનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જે ડાઇલેક્ટ્રિક મિરર્સ છે જે એવી રીતે ડિઝાઇન કરવામાં આવે છે કે પ્રતિબિંબમાં નકારાત્મક વિક્ષેપ હોય. ચીર્પ્ડ મિરર્સનું ઉત્પાદન કરવું મુશ્કેલ છે; વધુમાં વિખેરણનું પ્રમાણ થોડું છે, જેનો અર્થ છે કે એક જ પ્રિઝમ કોમ્પ્રેસરની જેમ સમાન પ્રમાણમાં વિખેરણ પ્રાપ્ત કરવા માટે લેસર બીમ ઘણી વખત પ્રતિબિંબિત થવો આવશ્યક છે. આનો અર્થ એ છે કે તેને ટ્યુન કરવું મુશ્કેલ છે. બીજી બાજુ, ચીર્પ્ડ-મિરર કોમ્પ્રેસરનું ડિસ્પર્શન ચોક્કસ ડિસ્પર્શન કર્વ માટે બનાવી શકાય છે, જ્યારે પ્રિઝમ કોમ્પ્રેસર ઘણી ઓછી સ્વતંત્રતા આપે છે. ચીર્પ્ડ-મિરર કોમ્પ્રેસરનો ઉપયોગ એપ્લિકેશન્સમાં થાય છે જ્યાં ખૂબ મોટી બેન્ડવિડ્થવાળા કઠોળને સંકુચિત કરવા પડે છે. ચીર્પ્ડ પલ્સ એમ્પ્લીફિકેશન ટીઆઈઃ નીલમ લેસર મોડલોકિંગ અલ્ટ્રાશોર્ટ પલ્સ એમ. આઈ. આઈ. પી. એસ. પણ જુઓ, જે ફેમ્ટોસેકન્ડ લેસર પલ્સની ઉચ્ચ ક્રમની વિકૃતિને માપાંકન અને સુધારવાની તકનીક છે. બહુવિધ-પ્રિઝમ વિક્ષેપ સિદ્ધાંત સંદર્ભો ઓપ્ટિકલ ઉપકરણો બિનરેખીય ઓપ્ટિક્સ લેસર વિજ્ઞાન