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इसके सार में, लेजर पंपिंग एक माध्यम को ऐसी स्थिति प्राप्त करने के लिए ऊर्जावान बनाने की प्रक्रिया है जहां यह लेजर प्रकाश उत्सर्जित कर सकता है। यह आम तौर पर माध्यम में प्रकाश या विद्युत प्रवाह को इंजेक्ट करके, उसके परमाणुओं को उत्तेजित करके और सुसंगत प्रकाश के उत्सर्जन के द्वारा किया जाता है। 20वीं सदी के मध्य में पहली लेज़रों के आगमन के बाद से यह मूलभूत प्रक्रिया महत्वपूर्ण रूप से विकसित हुई है।
जबकि अक्सर दर समीकरणों द्वारा मॉडलिंग की जाती है, लेजर पंपिंग मूल रूप से एक क्वांटम यांत्रिक प्रक्रिया है। इसमें फोटॉन और लाभ माध्यम की परमाणु या आणविक संरचना के बीच जटिल बातचीत शामिल है। उन्नत मॉडल रबी दोलन जैसी घटनाओं पर विचार करते हैं, जो इन अंतःक्रियाओं की अधिक सूक्ष्म समझ प्रदान करते हैं।
लेजर पंपिंग एक ऐसी प्रक्रिया है जहां ऊर्जा, आमतौर पर प्रकाश या विद्युत प्रवाह के रूप में, लेजर के लाभ माध्यम को उसके परमाणुओं या अणुओं को उच्च ऊर्जा अवस्था में ऊपर उठाने के लिए आपूर्ति की जाती है। यह ऊर्जा हस्तांतरण जनसंख्या व्युत्क्रमण को प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण है, एक ऐसी स्थिति जहां कम ऊर्जा वाले राज्य की तुलना में अधिक कण उत्तेजित होते हैं, जिससे माध्यम उत्तेजित उत्सर्जन के माध्यम से प्रकाश को बढ़ाने में सक्षम होता है। इस प्रक्रिया में जटिल क्वांटम इंटरैक्शन शामिल हैं, जिन्हें अक्सर दर समीकरणों या अधिक उन्नत क्वांटम मैकेनिकल ढांचे के माध्यम से तैयार किया जाता है। मुख्य पहलुओं में विशिष्ट आवश्यकताओं से मेल खाने के लिए पंप स्रोत (जैसे लेजर डायोड या डिस्चार्ज लैंप), पंप ज्यामिति (साइड या एंड पंपिंग), और पंप प्रकाश विशेषताओं (स्पेक्ट्रम, तीव्रता, बीम गुणवत्ता, ध्रुवीकरण) का अनुकूलन शामिल है। मध्यम लाभ. सॉलिड-स्टेट, सेमीकंडक्टर और गैस लेजर सहित विभिन्न लेजर प्रकारों में लेजर पंपिंग मौलिक है, और लेजर के कुशल और प्रभावी संचालन के लिए आवश्यक है।
ऑप्टिकली पंप्ड लेजर की किस्में
1. डोप्ड इंसुलेटर के साथ सॉलिड-स्टेट लेजर
· अवलोकन:ये लेजर एक विद्युतरोधी मेजबान माध्यम का उपयोग करते हैं और लेजर-सक्रिय आयनों को सक्रिय करने के लिए ऑप्टिकल पंपिंग पर निर्भर करते हैं। एक सामान्य उदाहरण YAG लेज़रों में नियोडिमियम है।
·हालिया शोध:ए. एंटिपोव एट अल द्वारा एक अध्ययन। स्पिन-एक्सचेंज ऑप्टिकल पंपिंग के लिए एक ठोस-अवस्था निकट-आईआर लेजर पर चर्चा करता है। यह शोध विशेष रूप से निकट-अवरक्त स्पेक्ट्रम में ठोस-राज्य लेजर तकनीक में प्रगति पर प्रकाश डालता है, जो चिकित्सा इमेजिंग और दूरसंचार जैसे अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है।
अग्रिम पठन:स्पिन-एक्सचेंज ऑप्टिकल पंपिंग के लिए एक सॉलिड-स्टेट नियर-आईआर लेजर
2. सेमीकंडक्टर लेजर
·सामान्य जानकारी: आमतौर पर विद्युत रूप से पंप किए गए, सेमीकंडक्टर लेजर ऑप्टिकल पंपिंग से भी लाभ उठा सकते हैं, विशेष रूप से उच्च चमक की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में, जैसे कि वर्टिकल एक्सटर्नल कैविटी सरफेस एमिटिंग लेजर (वीईसीएसईएल)।
·हाल के विकास: अल्ट्राफास्ट सॉलिड-स्टेट और सेमीकंडक्टर लेजर से ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी कॉम्ब्स पर यू. केलर का काम डायोड-पंप सॉलिड-स्टेट और सेमीकंडक्टर लेजर से स्थिर फ्रीक्वेंसी कॉम्ब्स की पीढ़ी में अंतर्दृष्टि प्रदान करता है। यह प्रगति ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी मेट्रोलॉजी में अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है।
अग्रिम पठन:अल्ट्राफास्ट सॉलिड-स्टेट और सेमीकंडक्टर लेजर से ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी कॉम्ब्स
3. गैस लेजर
·गैस लेजर में ऑप्टिकल पंपिंग: कुछ प्रकार के गैस लेजर, जैसे क्षार वाष्प लेजर, ऑप्टिकल पंपिंग का उपयोग करते हैं। इन लेज़रों का उपयोग अक्सर विशिष्ट गुणों वाले सुसंगत प्रकाश स्रोतों की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में किया जाता है।
ऑप्टिकल पम्पिंग के स्रोत
डिस्चार्ज लैंप: लैंप-पंप लेजर में आम तौर पर, डिस्चार्ज लैंप का उपयोग उनकी उच्च शक्ति और व्यापक स्पेक्ट्रम के लिए किया जाता है। वाईए मैंड्रीको एट अल। सॉलिड-स्टेट लेजर के सक्रिय मीडिया ऑप्टिकल पंपिंग क्सीनन लैंप में आवेग आर्क डिस्चार्ज पीढ़ी का एक पावर मॉडल विकसित किया गया। यह मॉडल कुशल लेजर ऑपरेशन के लिए महत्वपूर्ण, आवेग पंपिंग लैंप के प्रदर्शन को अनुकूलित करने में मदद करता है।
लेजर डायोड:डायोड-पंप लेजर में उपयोग किया जाता है, लेजर डायोड उच्च दक्षता, कॉम्पैक्ट आकार और बारीक ट्यून करने की क्षमता जैसे लाभ प्रदान करते हैं।
अग्रिम पठन:लेजर डायोड क्या है?
फ्लैश लैंप: फ्लैश लैंप तीव्र, व्यापक-स्पेक्ट्रम प्रकाश स्रोत हैं जिनका उपयोग आमतौर पर रूबी या एनडी: YAG लेजर जैसे ठोस-अवस्था वाले लेजर को पंप करने के लिए किया जाता है। वे प्रकाश का उच्च तीव्रता वाला विस्फोट प्रदान करते हैं जो लेजर माध्यम को उत्तेजित करता है।
आर्क लैंप: फ्लैश लैंप के समान लेकिन निरंतर संचालन के लिए डिज़ाइन किए गए, आर्क लैंप तीव्र प्रकाश का एक स्थिर स्रोत प्रदान करते हैं। इनका उपयोग उन अनुप्रयोगों में किया जाता है जहां निरंतर तरंग (सीडब्ल्यू) लेजर ऑपरेशन की आवश्यकता होती है।
एल ई डी (प्रकाश उत्सर्जक डायोड): हालांकि लेजर डायोड जितना सामान्य नहीं है, एलईडी का उपयोग कुछ कम-शक्ति अनुप्रयोगों में ऑप्टिकल पंपिंग के लिए किया जा सकता है। वे अपने लंबे जीवन, कम लागत और विभिन्न तरंग दैर्ध्य में उपलब्धता के कारण लाभप्रद हैं।
सूरज की रोशनी: कुछ प्रायोगिक सेटअपों में, सौर-पंप लेजर के लिए पंप स्रोत के रूप में केंद्रित सूर्य के प्रकाश का उपयोग किया गया है। यह विधि सौर ऊर्जा का उपयोग करती है, जिससे यह एक नवीकरणीय और लागत प्रभावी स्रोत बन जाती है, हालांकि यह कृत्रिम प्रकाश स्रोतों की तुलना में कम नियंत्रणीय और कम तीव्र है।
फाइबर-युग्मित लेजर डायोड: ये ऑप्टिकल फाइबर से जुड़े लेजर डायोड हैं, जो पंप प्रकाश को लेजर माध्यम तक अधिक कुशलता से पहुंचाते हैं। यह विधि विशेष रूप से फाइबर लेजर में और उन स्थितियों में उपयोगी है जहां पंप प्रकाश की सटीक डिलीवरी महत्वपूर्ण है।
अन्य लेजर: कभी-कभी, एक लेजर का उपयोग दूसरे को पंप करने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक आवृत्ति-दोगुनी एनडी: YAG लेजर का उपयोग डाई लेजर को पंप करने के लिए किया जा सकता है। इस पद्धति का उपयोग अक्सर तब किया जाता है जब पंपिंग प्रक्रिया के लिए विशिष्ट तरंग दैर्ध्य की आवश्यकता होती है जो पारंपरिक प्रकाश स्रोतों से आसानी से प्राप्त नहीं होती है।
डायोड-पंप ठोस-अवस्था लेजर
प्रारंभिक ऊर्जा स्रोत: प्रक्रिया एक डायोड लेजर से शुरू होती है, जो पंप स्रोत के रूप में कार्य करता है। डायोड लेजर को उनकी दक्षता, कॉम्पैक्ट आकार और विशिष्ट तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश उत्सर्जित करने की क्षमता के लिए चुना जाता है।
पंप लाइट:डायोड लेजर प्रकाश उत्सर्जित करता है जिसे ठोस-अवस्था लाभ माध्यम द्वारा अवशोषित किया जाता है। डायोड लेजर की तरंग दैर्ध्य को लाभ माध्यम की अवशोषण विशेषताओं से मेल खाने के लिए तैयार किया गया है।
ठोस अवस्थामध्यम लाभ
सामग्री:DPSS लेज़रों में लाभ माध्यम आम तौर पर Nd:YAG (नियोडिमियम-डोप्ड येट्रियम एल्युमीनियम गार्नेट), Nd:YVO4 (नियोडिमियम-डोप्ड येट्रियम ऑर्थोवैनाडेट), या Yb:YAG (येटरबियम-डोप्ड येट्रियम एल्युमीनियम गार्नेट) जैसी ठोस अवस्था वाली सामग्री है।
डोपिंग:इन सामग्रियों को दुर्लभ-पृथ्वी आयनों (जैसे एनडी या वाईबी) से डोप किया जाता है, जो सक्रिय लेजर आयन होते हैं।
ऊर्जा अवशोषण और उत्तेजना:जब डायोड लेजर से पंप प्रकाश लाभ माध्यम में प्रवेश करता है, तो दुर्लभ-पृथ्वी आयन इस ऊर्जा को अवशोषित करते हैं और उच्च ऊर्जा अवस्था में उत्तेजित हो जाते हैं।
जनसंख्या व्युत्क्रमण
जनसंख्या व्युत्क्रमण प्राप्त करना:लेज़र कार्रवाई की कुंजी लाभ माध्यम में जनसंख्या व्युत्क्रम प्राप्त करना है। इसका मतलब यह है कि जमीनी अवस्था की तुलना में अधिक आयन उत्तेजित अवस्था में हैं।
उत्तेजित उत्सर्जन:एक बार जब जनसंख्या व्युत्क्रमण प्राप्त हो जाता है, तो उत्तेजित और जमीनी अवस्थाओं के बीच ऊर्जा अंतर के अनुरूप एक फोटॉन का परिचय उत्तेजित आयनों को जमीनी अवस्था में लौटने के लिए उत्तेजित कर सकता है, इस प्रक्रिया में एक फोटॉन उत्सर्जित करता है।
ऑप्टिकल रेज़ोनेटर
दर्पण: लाभ माध्यम को एक ऑप्टिकल रेज़ोनेटर के अंदर रखा जाता है, जो आम तौर पर माध्यम के प्रत्येक छोर पर दो दर्पणों द्वारा बनता है।
प्रतिक्रिया और प्रवर्धन: दर्पणों में से एक अत्यधिक परावर्तक है, और दूसरा आंशिक रूप से परावर्तक है। फोटॉन इन दर्पणों के बीच आगे-पीछे उछलते हैं, जिससे अधिक उत्सर्जन होता है और प्रकाश बढ़ता है।
लेजर उत्सर्जन
सुसंगत प्रकाश: उत्सर्जित होने वाले फोटॉन सुसंगत होते हैं, जिसका अर्थ है कि वे चरण में होते हैं और उनकी तरंग दैर्ध्य समान होती है।
आउटपुट: आंशिक रूप से परावर्तक दर्पण इस प्रकाश के कुछ हिस्से को गुजरने की अनुमति देता है, जिससे लेजर किरण बनती है जो डीपीएसएस लेजर से बाहर निकलती है।
पम्पिंग ज्यामिति: साइड बनाम एंड पम्पिंग
| पम्पिंग विधि | विवरण | अनुप्रयोग | लाभ | चुनौतियां |
|---|---|---|---|---|
| साइड पम्पिंग | पंप प्रकाश को लेजर माध्यम के लंबवत पेश किया गया | रॉड या फाइबर लेजर | पंप लाइट का समान वितरण, उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त | गैर-समान लाभ वितरण, निम्न बीम गुणवत्ता |
| पम्पिंग समाप्त करें | पंप प्रकाश लेजर बीम के समान अक्ष के साथ निर्देशित होता है | Nd:YAG जैसे सॉलिड-स्टेट लेज़र | समान लाभ वितरण, उच्च बीम गुणवत्ता | जटिल संरेखण, उच्च-शक्ति लेज़रों में कम कुशल ताप अपव्यय |
प्रभावी पंप लाइट के लिए आवश्यकताएँ
| मांग | महत्त्व | प्रभाव/संतुलन | अतिरिक्त टिप्पणी |
|---|---|---|---|
| स्पेक्ट्रम उपयुक्तता | तरंग दैर्ध्य को लेजर माध्यम के अवशोषण स्पेक्ट्रम से मेल खाना चाहिए | कुशल अवशोषण और प्रभावी जनसंख्या व्युत्क्रम सुनिश्चित करता है | - |
| तीव्रता | वांछित उत्तेजना स्तर के लिए पर्याप्त ऊँचा होना चाहिए | अत्यधिक उच्च तीव्रता थर्मल क्षति का कारण बन सकती है; बहुत कम होने से जनसंख्या व्युत्क्रम प्राप्त नहीं होगा | - |
| बीम गुणवत्ता | अंत-पंप लेजर में विशेष रूप से महत्वपूर्ण | कुशल युग्मन सुनिश्चित करता है और उत्सर्जित लेजर बीम गुणवत्ता में योगदान देता है | पंप लाइट और लेजर मोड वॉल्यूम के सटीक ओवरलैप के लिए उच्च बीम गुणवत्ता महत्वपूर्ण है |
| ध्रुवीकरण | अनिसोट्रोपिक गुणों वाले मीडिया के लिए आवश्यक | अवशोषण दक्षता को बढ़ाता है और उत्सर्जित लेजर प्रकाश ध्रुवीकरण को प्रभावित कर सकता है | विशिष्ट ध्रुवीकरण स्थिति आवश्यक हो सकती है |
| तीव्रता का शोर | कम शोर का स्तर महत्वपूर्ण है | पंप प्रकाश की तीव्रता में उतार-चढ़ाव लेजर आउटपुट गुणवत्ता और स्थिरता को प्रभावित कर सकता है | उच्च स्थिरता और परिशुद्धता की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण |
पोस्ट समय: दिसंबर-01-2023