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लेज़र, आधुनिक तकनीक की आधारशिला है, जितनी जटिल है उतनी ही आकर्षक भी। उनके मूल में सुसंगत, प्रवर्धित प्रकाश उत्पन्न करने के लिए एक साथ काम करने वाले घटकों की एक सिम्फनी है। यह ब्लॉग वैज्ञानिक सिद्धांतों और समीकरणों द्वारा समर्थित इन घटकों की पेचीदगियों पर प्रकाश डालता है, ताकि लेज़र तकनीक की गहरी समझ प्रदान की जा सके।
लेजर सिस्टम घटकों में उन्नत अंतर्दृष्टि: पेशेवरों के लिए एक तकनीकी परिप्रेक्ष्य
| अवयव | समारोह | उदाहरण |
| लाभ मध्यम | लाभ माध्यम एक लेज़र में वह पदार्थ है जिसका उपयोग प्रकाश को बढ़ाने के लिए किया जाता है। यह जनसंख्या व्युत्क्रमण और उत्तेजित उत्सर्जन की प्रक्रिया के माध्यम से प्रकाश प्रवर्धन की सुविधा प्रदान करता है। लाभ माध्यम का चुनाव लेज़र की विकिरण विशेषताओं को निर्धारित करता है। | ठोस अवस्था लेज़रउदाहरण के लिए, एनडी:वाईएजी (नियोडिमियम-डोप्ड यिट्रियम एल्युमिनियम गार्नेट), जिसका उपयोग चिकित्सा और औद्योगिक अनुप्रयोगों में किया जाता है।गैस लेज़रउदाहरण के लिए, CO2 लेजर, जो काटने और वेल्डिंग के लिए उपयोग किया जाता है।अर्धचालक लेजर:उदाहरण के लिए, लेज़र डायोड, जिसका उपयोग फाइबर ऑप्टिक्स संचार और लेज़र पॉइंटर्स में किया जाता है। |
| पम्पिंग स्रोत | पम्पिंग स्रोत जनसंख्या व्युत्क्रमण (जनसंख्या व्युत्क्रमण के लिए ऊर्जा स्रोत) प्राप्त करने के लिए लाभ माध्यम को ऊर्जा प्रदान करता है, जिससे लेजर प्रचालन संभव हो पाता है। | ऑप्टिकल पम्पिंगठोस अवस्था वाले लेजर को पंप करने के लिए फ्लैशलैम्प जैसे तीव्र प्रकाश स्रोतों का उपयोग करना।विद्युत पम्पिंगविद्युत धारा के माध्यम से गैस लेज़रों में गैस को उत्तेजित करना।सेमीकंडक्टर पम्पिंगठोस अवस्था वाले लेजर माध्यम को पंप करने के लिए लेजर डायोड का उपयोग करना। |
| ऑप्टिकल कैविटी | दो दर्पणों से युक्त ऑप्टिकल गुहा, लाभ माध्यम में प्रकाश की पथ लंबाई बढ़ाने के लिए प्रकाश को परावर्तित करता है, जिससे प्रकाश प्रवर्धन में वृद्धि होती है। यह प्रकाश की वर्णक्रमीय और स्थानिक विशेषताओं का चयन करते हुए लेजर प्रवर्धन के लिए एक प्रतिक्रिया तंत्र प्रदान करता है। | प्लानर-प्लानर गुहाप्रयोगशाला अनुसंधान में प्रयुक्त, सरल संरचना।समतलीय-अवतल गुहाऔद्योगिक लेज़रों में आम, उच्च गुणवत्ता वाली किरणें प्रदान करता है। रिंग कैविटीरिंग लेजर के विशिष्ट डिजाइनों में उपयोग किया जाता है, जैसे रिंग गैस लेजर। |
लाभ माध्यम: क्वांटम यांत्रिकी और ऑप्टिकल इंजीनियरिंग का एक गठजोड़
लाभ माध्यम में क्वांटम गतिशीलता
लाभ माध्यम वह स्थान है जहाँ प्रकाश प्रवर्धन की मौलिक प्रक्रिया होती है, यह एक ऐसी घटना है जो क्वांटम यांत्रिकी में गहराई से निहित है। माध्यम के भीतर ऊर्जा अवस्थाओं और कणों के बीच की अंतःक्रिया उत्तेजित उत्सर्जन और जनसंख्या व्युत्क्रमण के सिद्धांतों द्वारा नियंत्रित होती है। प्रकाश की तीव्रता (I), प्रारंभिक तीव्रता (I0), संक्रमण क्रॉस-सेक्शन (σ21), और दो ऊर्जा स्तरों (N2 और N1) पर कण संख्याओं के बीच महत्वपूर्ण संबंध को समीकरण I = I0e^(σ21(N2-N1)L) द्वारा वर्णित किया गया है। जनसंख्या व्युत्क्रमण प्राप्त करना, जहाँ N2 > N1, प्रवर्धन के लिए आवश्यक है और यह लेजर भौतिकी की आधारशिला है[1].
तीन-स्तरीय बनाम चार-स्तरीय प्रणालियाँ
व्यावहारिक लेजर डिजाइनों में, तीन-स्तरीय और चार-स्तरीय प्रणालियों का आमतौर पर उपयोग किया जाता है। तीन-स्तरीय प्रणालियाँ, सरल होते हुए भी, जनसंख्या व्युत्क्रमण को प्राप्त करने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है क्योंकि निचला लेजर स्तर जमीनी अवस्था है। दूसरी ओर, चार-स्तरीय प्रणालियाँ उच्च ऊर्जा स्तर से तेज़ गैर-विकिरणीय क्षय के कारण जनसंख्या व्युत्क्रमण के लिए अधिक कुशल मार्ग प्रदान करती हैं, जिससे वे आधुनिक लेजर अनुप्रयोगों में अधिक प्रचलित हो जाती हैं।2].
Is अर्बियम-डोप्ड ग्लासएक लाभ माध्यम?
हां, एर्बियम-डोप्ड ग्लास वास्तव में लेजर सिस्टम में उपयोग किए जाने वाले लाभ माध्यम का एक प्रकार है। इस संदर्भ में, "डोपिंग" ग्लास में एर्बियम आयनों (Er³⁺) की एक निश्चित मात्रा को जोड़ने की प्रक्रिया को संदर्भित करता है। एर्बियम एक दुर्लभ पृथ्वी तत्व है, जो जब ग्लास होस्ट में शामिल किया जाता है, तो उत्तेजित उत्सर्जन के माध्यम से प्रकाश को प्रभावी ढंग से बढ़ा सकता है, जो लेजर ऑपरेशन में एक मौलिक प्रक्रिया है।
एर्बियम-डोप्ड ग्लास विशेष रूप से फाइबर लेजर और फाइबर एम्पलीफायरों में इसके उपयोग के लिए उल्लेखनीय है, खासकर दूरसंचार उद्योग में। यह इन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है क्योंकि यह 1550 एनएम के आसपास तरंगदैर्ध्य पर प्रकाश को कुशलतापूर्वक बढ़ाता है, जो मानक सिलिका फाइबर में कम नुकसान के कारण ऑप्टिकल फाइबर संचार के लिए एक महत्वपूर्ण तरंगदैर्ध्य है।
एर्बियमआयन पंप प्रकाश को अवशोषित करते हैं (अक्सर एक सेलेज़र डायोड) और उच्च ऊर्जा अवस्थाओं में उत्तेजित होते हैं। जब वे कम ऊर्जा अवस्था में लौटते हैं, तो वे लेज़िंग तरंगदैर्ध्य पर फोटॉन उत्सर्जित करते हैं, जो लेज़र प्रक्रिया में योगदान देता है। यह एर्बियम-डोप्ड ग्लास को विभिन्न लेज़र और एम्पलीफायर डिज़ाइनों में एक प्रभावी और व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला लाभ माध्यम बनाता है।
संबंधित ब्लॉग: समाचार - एर्बियम-डोप्ड ग्लास: विज्ञान और अनुप्रयोग
पम्पिंग तंत्र: लेज़रों के पीछे की प्रेरक शक्ति
जनसंख्या व्युत्क्रमण को प्राप्त करने के विविध दृष्टिकोण
पंपिंग तंत्र का चुनाव लेजर डिजाइन में महत्वपूर्ण है, जो दक्षता से लेकर आउटपुट तरंगदैर्ध्य तक सब कुछ प्रभावित करता है। ऑप्टिकल पंपिंग, फ्लैशलैम्प या अन्य लेजर जैसे बाहरी प्रकाश स्रोतों का उपयोग करते हुए, सॉलिड-स्टेट और डाई लेजर में आम है। इलेक्ट्रिकल डिस्चार्ज विधियों को आमतौर पर गैस लेजर में नियोजित किया जाता है, जबकि सेमीकंडक्टर लेजर अक्सर इलेक्ट्रॉन इंजेक्शन का उपयोग करते हैं। इन पंपिंग तंत्रों की दक्षता, विशेष रूप से डायोड-पंप वाले सॉलिड-स्टेट लेजर में, हाल के शोध का एक महत्वपूर्ण केंद्र रहा है, जो उच्च दक्षता और कॉम्पैक्टनेस प्रदान करता है।3].
पम्पिंग दक्षता में तकनीकी विचार
पंपिंग प्रक्रिया की दक्षता लेजर डिजाइन का एक महत्वपूर्ण पहलू है, जो समग्र प्रदर्शन और अनुप्रयोग उपयुक्तता को प्रभावित करती है। सॉलिड-स्टेट लेजर में, पंप स्रोत के रूप में फ्लैशलैम्प और लेजर डायोड के बीच का चुनाव सिस्टम की दक्षता, थर्मल लोड और बीम गुणवत्ता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकता है। उच्च-शक्ति, उच्च-दक्षता वाले लेजर डायोड के विकास ने DPSS लेजर सिस्टम में क्रांति ला दी है, जिससे अधिक कॉम्पैक्ट और कुशल डिज़ाइन संभव हो गए हैं।4].
ऑप्टिकल कैविटी: लेजर बीम की इंजीनियरिंग
कैविटी डिजाइन: भौतिकी और इंजीनियरिंग का संतुलन
ऑप्टिकल कैविटी या रेज़ोनेटर, सिर्फ़ एक निष्क्रिय घटक नहीं है बल्कि लेज़र बीम को आकार देने में एक सक्रिय भागीदार है। दर्पणों की वक्रता और संरेखण सहित कैविटी का डिज़ाइन, लेज़र की स्थिरता, मोड संरचना और आउटपुट को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। कैविटी को नुकसान को कम करते हुए ऑप्टिकल लाभ को बढ़ाने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए, यह एक चुनौती है जो ऑप्टिकल इंजीनियरिंग को तरंग प्रकाशिकी के साथ जोड़ती है5.
दोलन स्थितियाँ और मोड चयन
लेजर दोलन होने के लिए, माध्यम द्वारा प्रदान किया गया लाभ गुहा के भीतर नुकसान से अधिक होना चाहिए। यह स्थिति, सुसंगत तरंग सुपरपोजिशन की आवश्यकता के साथ मिलकर, यह निर्धारित करती है कि केवल कुछ अनुदैर्ध्य मोड समर्थित हैं। मोड स्पेसिंग और समग्र मोड संरचना गुहा की भौतिक लंबाई और लाभ माध्यम के अपवर्तक सूचकांक से प्रभावित होती है।6].
निष्कर्ष
लेजर सिस्टम का डिज़ाइन और संचालन भौतिकी और इंजीनियरिंग सिद्धांतों के व्यापक स्पेक्ट्रम को शामिल करता है। लाभ माध्यम को नियंत्रित करने वाले क्वांटम यांत्रिकी से लेकर ऑप्टिकल कैविटी की जटिल इंजीनियरिंग तक, लेजर सिस्टम का प्रत्येक घटक इसकी समग्र कार्यक्षमता में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। इस लेख ने लेजर तकनीक की जटिल दुनिया की एक झलक प्रदान की है, जो इस क्षेत्र के प्रोफेसरों और ऑप्टिकल इंजीनियरों की उन्नत समझ के साथ प्रतिध्वनित होने वाली अंतर्दृष्टि प्रदान करती है।
संदर्भ
- 1. सीगमैन, एई (1986)। लेजर. विश्वविद्यालय विज्ञान पुस्तकें.
- 2. स्वेल्टो, ओ. (2010). लेज़र के सिद्धांत. स्प्रिंगर.
- 3. कोएचनर, डब्ल्यू. (2006). सॉलिड-स्टेट लेजर इंजीनियरिंग. स्प्रिंगर.
- 4. पाइपर, जे.ए., और मिल्ड्रेन, आर.पी. (2014)। डायोड पंप्ड सॉलिड स्टेट लेजर। लेजर प्रौद्योगिकी और अनुप्रयोगों की पुस्तिका में (वॉल्यूम III)। सी.आर.सी. प्रेस।
- 5. मिलोनी, पीडब्लू, और एबरली, जेएच (2010)। लेजर भौतिकी। विले।
- 6. सिलफवास्ट, डब्ल्यू.टी. (2004). लेजर फंडामेंटल्स. कैम्ब्रिज यूनिवर्सिटी प्रेस.
पोस्ट करने का समय: नवम्बर-27-2023