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अपने सार में, लेजर पंपिंग एक माध्यम को ऊर्जा प्रदान करने की प्रक्रिया है, ताकि वह ऐसी स्थिति प्राप्त कर सके जहाँ वह लेजर प्रकाश उत्सर्जित कर सके। यह आमतौर पर माध्यम में प्रकाश या विद्युत प्रवाह को इंजेक्ट करके किया जाता है, इसके परमाणुओं को उत्तेजित करता है और सुसंगत प्रकाश के उत्सर्जन की ओर ले जाता है। 20वीं सदी के मध्य में पहले लेज़र के आगमन के बाद से यह आधारभूत प्रक्रिया काफी विकसित हुई है।
जबकि अक्सर दर समीकरणों द्वारा मॉडल किया जाता है, लेजर पंपिंग मूल रूप से एक क्वांटम यांत्रिक प्रक्रिया है। इसमें फोटॉन और लाभ माध्यम की परमाणु या आणविक संरचना के बीच जटिल अंतःक्रियाएं शामिल हैं। 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 जिसमें ऊर्जा, आमतौर पर प्रकाश या विद्युत धारा के रूप में, लेजर के लाभ माध्यम को उसके परमाणुओं या अणुओं को उच्च ऊर्जा अवस्थाओं तक बढ़ाने के लिए आपूर्ति की जाती है। यह ऊर्जा हस्तांतरण जनसंख्या व्युत्क्रम को प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण है, एक ऐसी स्थिति जहां कम ऊर्जा अवस्था 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 फ्रेमवर्क के माध्यम से मॉडल किया जाता है। मुख्य पहलुओं में पंप स्रोत (जैसे लेजर डायोड या डिस्चार्ज लैंप), पंप ज्यामिति (साइड या एंड पंपिंग) का विकल्प और लाभ माध्यम की विशिष्ट आवश्यकताओं से मेल खाने के लिए पंप प्रकाश विशेषताओं (स्पेक्ट्रम, तीव्रता, बीम गुणवत्ता, ध्रुवीकरण) का अनुकूलन शामिल है। लेजर पंपिंग विभिन्न लेजर प्रकारों में मौलिक है, जिसमें सॉलिड-स्टेट, सेमीकंडक्टर और गैस लेजर शामिल हैं, 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 लेज़र विद्युत रूप से इन्सुलेट करने वाले होस्ट माध्यम का उपयोग करते हैं और लेज़र-सक्रिय आयनों को सक्रिय करने के लिए ऑप्टिकल पंपिंग पर निर्भर करते हैं। YAG लेज़र में नियोडिमियम इसका एक सामान्य उदाहरण है।
·हालिया शोध:ए. एंटिपोव एट अल. द्वारा किए गए एक अध्ययन में स्पिन-एक्सचेंज ऑप्टिकल पंपिंग के लिए एक सॉलिड-स्टेट नियर-आईआर लेजर पर चर्चा की गई है। यह शोध सॉलिड-स्टेट लेजर तकनीक में प्रगति को उजागर करता है, विशेष रूप से निकट-अवरक्त स्पेक्ट्रम में, जो चिकित्सा इमेजिंग और दूरसंचार जैसे अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है।
अग्रिम पठन:स्पिन-एक्सचेंज ऑप्टिकल पंपिंग के लिए एक ठोस-अवस्था निकट-आईआर लेजर
2. सेमीकंडक्टर लेजर
·सामान्य जानकारी: आमतौर पर विद्युतीय रूप से पंप किए जाने वाले अर्धचालक लेजर भी ऑप्टिकल पंपिंग से लाभान्वित हो सकते हैं, विशेष रूप से उच्च चमक की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में, जैसे वर्टिकल एक्सटर्नल कैविटी सरफेस एमिटिंग लेजर (VECSELs)।
·हाल ही में हुए विकास: अल्ट्राफास्ट सॉलिड-स्टेट और सेमीकंडक्टर लेजर से ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब्स पर यू. केलर का काम डायोड-पंप्ड सॉलिड-स्टेट और सेमीकंडक्टर लेजर से स्थिर फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब्स के निर्माण में अंतर्दृष्टि प्रदान करता है। ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी मेट्रोलॉजी में अनुप्रयोगों के लिए यह प्रगति महत्वपूर्ण है।
अग्रिम पठन:अल्ट्राफास्ट सॉलिड-स्टेट और सेमीकंडक्टर लेजर से ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी कॉम्ब्स
3. गैस लेज़र
·गैस लेज़र में ऑप्टिकल पंपिंग: कुछ प्रकार के गैस लेज़र, जैसे कि क्षार वाष्प लेज़र, ऑप्टिकल पंपिंग का उपयोग करते हैं। इन लेज़रों का उपयोग अक्सर उन अनुप्रयोगों में किया जाता है जिनमें विशिष्ट गुणों वाले सुसंगत प्रकाश स्रोतों की आवश्यकता होती है।
ऑप्टिकल पम्पिंग के स्रोत
डिस्चार्ज लैंपलैंप-पंप्ड लेज़र में आम तौर पर डिस्चार्ज लैंप का उपयोग उनकी उच्च शक्ति और व्यापक स्पेक्ट्रम के लिए किया जाता है। वाईए मैंड्रीको एट अल. ने सॉलिड-स्टेट लेज़र के सक्रिय मीडिया ऑप्टिकल पंपिंग ज़ेनॉन लैंप में आवेग चाप डिस्चार्ज जनरेशन का एक पावर मॉडल विकसित किया। यह मॉडल आवेग पंपिंग लैंप के प्रदर्शन को अनुकूलित करने में मदद करता है, जो कुशल लेजर संचालन के लिए महत्वपूर्ण है।
लेजर डायोड:डायोड-पंप्ड लेजर में प्रयुक्त लेजर डायोड उच्च दक्षता, कॉम्पैक्ट आकार और सूक्ष्मता से समायोजित किए जाने की क्षमता जैसे लाभ प्रदान करते हैं।
अग्रिम पठन:लेजर डायोड क्या है?
फ्लैश लैंपफ्लैश लैंप तीव्र, व्यापक स्पेक्ट्रम प्रकाश स्रोत हैं जिनका उपयोग आमतौर पर रूबी या एनडी: वाईएजी लेजर जैसे ठोस-अवस्था वाले लेजर को पंप करने के लिए किया जाता है। वे प्रकाश का एक उच्च-तीव्रता वाला विस्फोट प्रदान करते हैं जो लेजर माध्यम को उत्तेजित करता है।
आर्क लैंपफ्लैश लैंप की तरह 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 जहाँ निरंतर तरंग (CW) लेजर संचालन की आवश्यकता होती है।
एल.ई.डी. (प्रकाश उत्सर्जक डायोड): हालांकि लेज़र डायोड जितना आम नहीं है, लेकिन एलईडी का इस्तेमाल कुछ कम-शक्ति वाले अनुप्रयोगों में ऑप्टिकल पंपिंग के लिए किया जा सकता है। वे अपने लंबे जीवन, कम लागत और विभिन्न तरंगदैर्ध्य में उपलब्धता के कारण लाभप्रद हैं।
सूर्य का प्रकाश: कुछ प्रायोगिक सेटअपों में, सौर-पंप वाले 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 जाता 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 लाइट को लेजर माध्यम में अधिक कुशलता से पहुंचाते हैं। यह विधि विशेष रूप से फाइबर लेजर में और उन स्थितियों में उपयोगी है जहां पंप लाइट की सटीक डिलीवरी महत्वपूर्ण है।
अन्य लेज़र: कभी-कभी, एक लेजर का उपयोग दूसरे को पंप करने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक आवृत्ति-दोगुनी एनडी: वाईएजी लेजर का उपयोग डाई लेजर को पंप करने के लिए किया जा सकता है। इस विधि का उपयोग अक्सर तब किया जाता है जब पंपिंग प्रक्रिया के लिए विशिष्ट तरंगदैर्ध्य की आवश्यकता होती है जो पारंपरिक प्रकाश स्रोतों के साथ आसानी से प्राप्त नहीं होती है।
डायोड-पंप ठोस अवस्था लेजर
प्रारंभिक ऊर्जा स्रोत: यह प्रक्रिया डायोड लेजर से शुरू होती है, जो पंप स्रोत के रूप में कार्य करता है। डायोड लेजर को उनकी दक्षता, कॉम्पैक्ट आकार और विशिष्ट तरंगदैर्ध्य 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 कर लिया जाता है। डायोड लेजर की तरंगदैर्घ्य को लाभ माध्यम की अवशोषण विशेषताओं से मेल खाने के लिए तैयार किया जाता है।
ठोस अवस्थालाभ मध्यम
सामग्री:डीपीएसएस लेज़रों में लाभ माध्यम आमतौर पर एक ठोस-अवस्था सामग्री होती है, जैसे एनडी:वाईएजी (नियोडिमियम-डॉप्ड यिट्रियम एल्युमिनियम गार्नेट), एनडी:वाईवीओ4 (नियोडिमियम-डॉप्ड यिट्रियम ऑर्थोवैनाडेट), या वाईबी:वाईएजी (यटरबियम-डॉप्ड यिट्रियम एल्युमिनियम गार्नेट)।
डोपिंग:इन सामग्रियों को दुर्लभ-पृथ्वी आयनों (जैसे Nd या Yb) 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 कर लेते हैं और उच्च ऊर्जा अवस्थाओं में उत्तेजित हो जाते हैं।
जनसंख्या व्युत्क्रमण
जनसंख्या व्युत्क्रमण प्राप्त करना:लेजर क्रिया की कुंजी लाभ माध्यम में जनसंख्या व्युत्क्रमण प्राप्त करना है। इसका मतलब है कि अधिक आयन जमीनी अवस्था की तुलना में उत्तेजित अवस्था में हैं।
उत्तेजित उत्सर्जन:एक बार जब जनसंख्या व्युत्क्रमण प्राप्त हो जाता है, तो उत्तेजित और मूल अवस्थाओं के बीच ऊर्जा अंतर के अनुरूप एक फोटॉन का प्रवेश उत्तेजित आयनों को मूल अवस्था में लौटने के लिए प्रेरित कर सकता है, इस प्रक्रिया में एक फोटॉन उत्सर्जित होता है।
ऑप्टिकल रेज़ोनेटर
दर्पण: लाभ माध्यम को एक प्रकाशीय अनुनादक के अंदर रखा जाता है, जो आमतौर पर माध्यम के प्रत्येक छोर पर दो दर्पणों द्वारा निर्मित होता है।
फीडबैक और प्रवर्धन: इनमें से एक दर्पण 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 का प्रवर्धन होता है।
लेजर उत्सर्जन
सुसंगत प्रकाश: उत्सर्जित फोटॉन सुसंगत होते हैं, अर्थात वे एक ही कला में होते हैं तथा उनकी तरंगदैर्घ्य समान होती है।
आउटपुट: आंशिक रूप से परावर्तक दर्पण इस प्रकाश के कुछ भाग को गुजरने देता है, जिससे लेजर किरण बनती है, जो DPSS 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 प्रविष्ट कराया गया | रॉड या फाइबर लेजर | पंप प्रकाश का समान वितरण, उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त | असमान लाभ वितरण, कम बीम गुणवत्ता |
| पम्पिंग समाप्त करें | पंप प्रकाश को लेजर बीम के समान अक्ष पर निर्देशित किया जाता है | Nd:YAG जैसे ठोस अवस्था वाले लेज़र | समान लाभ वितरण, उच्च बीम गुणवत्ता | जटिल संरेखण, उच्च शक्ति लेज़रों में कम कुशल ऊष्मा अपव्यय |
प्रभावी पंप लाइट के लिए आवश्यकताएँ
| मांग | महत्त्व | प्रभाव/संतुलन | अतिरिक्त टिप्पणी |
|---|---|---|---|
| स्पेक्ट्रम उपयुक्तता | तरंगदैर्घ्य लेजर माध्यम के अवशोषण स्पेक्ट्रम से मेल खाना चाहिए | कुशल अवशोषण और प्रभावी जनसंख्या व्युत्क्रमण सुनिश्चित करता है | - |
| तीव्रता | वांछित उत्तेजना स्तर के लिए पर्याप्त उच्च होना चाहिए | अत्यधिक उच्च तीव्रता से तापीय क्षति हो सकती है; बहुत कम होने पर जनसंख्या व्युत्क्रमण प्राप्त नहीं होगा | - |
| बीम गुणवत्ता | अंत-पंपित लेज़रों में विशेष रूप से महत्वपूर्ण | कुशल युग्मन सुनिश्चित करता है और उत्सर्जित लेजर बीम की गुणवत्ता में योगदान देता है | पंप प्रकाश और लेजर मोड वॉल्यूम के सटीक ओवरलैप के लिए उच्च बीम गुणवत्ता महत्वपूर्ण है |
| ध्रुवीकरण | अनिसोट्रोपिक गुणों वाले मीडिया के लिए आवश्यक | अवशोषण क्षमता को बढ़ाता है और उत्सर्जित लेजर प्रकाश ध्रुवीकरण को प्रभावित कर सकता है | विशिष्ट ध्रुवीकरण स्थिति आवश्यक हो सकती है |
| तीव्रता शोर | कम शोर का स्तर महत्वपूर्ण है | पंप प्रकाश की तीव्रता में उतार-चढ़ाव लेजर आउटपुट की गुणवत्ता और स्थिरता को प्रभावित कर सकता है | उच्च स्थिरता और परिशुद्धता की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण |
पोस्ट करने का समय: दिसम्बर-01-2023