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मूलतः, लेज़र पम्पिंग किसी माध्यम को ऊर्जा प्रदान करने की प्रक्रिया है ताकि वह लेज़र प्रकाश उत्सर्जित कर सके। यह आमतौर पर माध्यम में प्रकाश या विद्युत धारा प्रवाहित करके, उसके परमाणुओं को उत्तेजित करके और सुसंगत प्रकाश उत्सर्जित करके किया जाता है। 20वीं सदी के मध्य में पहले लेज़रों के आगमन के बाद से यह आधारभूत प्रक्रिया काफ़ी विकसित हुई है।
यद्यपि अक्सर दर समीकरणों द्वारा प्रतिरूपित, लेज़र पम्पिंग मूलतः एक क्वांटम यांत्रिक प्रक्रिया है। इसमें फोटॉनों और लाभ माध्यम की परमाण्विक या आणविक संरचना के बीच जटिल अंतःक्रियाएँ शामिल होती हैं। उन्नत मॉडल रबी दोलन जैसी परिघटनाओं पर विचार करते हैं, जो इन अंतःक्रियाओं की अधिक सूक्ष्म समझ प्रदान करते हैं।
लेज़र पम्पिंग एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें ऊर्जा, आमतौर पर प्रकाश या विद्युत धारा के रूप में, लेज़र के लाभ माध्यम को प्रदान की जाती है ताकि उसके परमाणुओं या अणुओं को उच्च ऊर्जा अवस्थाओं तक पहुँचाया जा सके। यह ऊर्जा स्थानांतरण जनसंख्या व्युत्क्रमण (पॉपुलेशन इनवर्जन) प्राप्त करने के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है, एक ऐसी अवस्था जहाँ निम्न ऊर्जा अवस्था की तुलना में अधिक कण उत्तेजित होते हैं, जिससे माध्यम उत्तेजित उत्सर्जन के माध्यम से प्रकाश का प्रवर्धन कर सकता है। इस प्रक्रिया में जटिल क्वांटम अंतःक्रियाएँ शामिल होती हैं, जिन्हें अक्सर दर समीकरणों या अधिक उन्नत क्वांटम यांत्रिक ढाँचों के माध्यम से प्रतिरूपित किया जाता है। प्रमुख पहलुओं में पंप स्रोत (जैसे लेज़र डायोड या डिस्चार्ज लैंप) का चयन, पंप ज्यामिति (साइड या एंड पम्पिंग), और लाभ माध्यम की विशिष्ट आवश्यकताओं के अनुरूप पंप प्रकाश विशेषताओं (स्पेक्ट्रम, तीव्रता, किरण गुणवत्ता, ध्रुवीकरण) का अनुकूलन शामिल है। लेज़र पम्पिंग विभिन्न प्रकार के लेज़रों, जिनमें ठोस-अवस्था, अर्धचालक और गैस लेज़र शामिल हैं, में मूलभूत है और लेज़र के कुशल एवं प्रभावी संचालन के लिए आवश्यक है।
ऑप्टिकली पंप्ड लेज़रों की किस्में
1. डोप्ड इंसुलेटर के साथ सॉलिड-स्टेट लेज़र
· अवलोकन:ये लेज़र विद्युतरोधी माध्यम का उपयोग करते हैं और लेज़र-सक्रिय आयनों को सक्रिय करने के लिए प्रकाशीय पम्पिंग पर निर्भर करते हैं। इसका एक सामान्य उदाहरण YAG लेज़रों में नियोडिमियम है।
·हालिया शोध:ए. एंटिपोव एट अल. द्वारा किए गए एक अध्ययन में स्पिन-एक्सचेंज ऑप्टिकल पंपिंग के लिए एक सॉलिड-स्टेट नियर-आईआर लेज़र पर चर्चा की गई है। यह शोध सॉलिड-स्टेट लेज़र तकनीक, विशेष रूप से नियर-इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम में, जो चिकित्सा इमेजिंग और दूरसंचार जैसे अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है, में हुई प्रगति पर प्रकाश डालता है।
अग्रिम पठन:स्पिन-एक्सचेंज ऑप्टिकल पंपिंग के लिए एक ठोस-अवस्था निकट-आईआर लेजर
2. अर्धचालक लेज़र
·सामान्य जानकारी: आमतौर पर विद्युतीय रूप से पंप किए जाने वाले अर्धचालक लेजर भी ऑप्टिकल पंपिंग से लाभान्वित हो सकते हैं, विशेष रूप से उन अनुप्रयोगों में जिनमें उच्च चमक की आवश्यकता होती है, जैसे वर्टिकल एक्सटर्नल कैविटी सरफेस एमिटिंग लेजर (VECSELs)।
·हालिया विकास: अल्ट्राफास्ट सॉलिड-स्टेट और सेमीकंडक्टर लेज़रों से ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब्स पर यू. केलर का कार्य डायोड-पंप्ड सॉलिड-स्टेट और सेमीकंडक्टर लेज़रों से स्थिर फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब्स के निर्माण के बारे में जानकारी प्रदान करता है। यह प्रगति ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी मेट्रोलॉजी के अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है।
अग्रिम पठन:अल्ट्राफास्ट सॉलिड-स्टेट और सेमीकंडक्टर लेज़रों से ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब्स
3. गैस लेज़र
·गैस लेज़रों में ऑप्टिकल पम्पिंग: कुछ प्रकार के गैस लेज़र, जैसे क्षार वाष्प लेज़र, ऑप्टिकल पम्पिंग 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 लेज़रों में आम तौर पर इस्तेमाल होने वाले डिस्चार्ज लैंप अपनी उच्च शक्ति और व्यापक स्पेक्ट्रम के लिए जाने जाते हैं। वाईए मैंड्रिको एट अल. ने सॉलिड-स्टेट लेज़रों के सक्रिय माध्यम ऑप्टिकल पंपिंग ज़ेनॉन लैंप में इम्पल्स आर्क डिस्चार्ज जनरेशन का एक पावर मॉडल विकसित किया है। यह मॉडल इम्पल्स पंपिंग लैंप के प्रदर्शन को अनुकूलित करने में मदद करता है, जो कुशल लेज़र संचालन के लिए महत्वपूर्ण है।
लेजर डायोड:डायोड-पम्प्ड लेजर में प्रयुक्त लेजर डायोड उच्च दक्षता, कॉम्पैक्ट आकार और सूक्ष्मता से ट्यून किए जाने की क्षमता जैसे लाभ प्रदान करते हैं।
अग्रिम पठन:लेजर डायोड क्या है?
फ्लैश लैंपफ्लैश लैंप तीव्र, व्यापक-स्पेक्ट्रम प्रकाश स्रोत होते हैं जिनका उपयोग आमतौर पर रूबी या Nd:YAG लेज़र जैसे ठोस-अवस्था लेज़रों को पंप करने के लिए किया जाता है। ये उच्च-तीव्रता वाला प्रकाश प्रस्फुटन प्रदान करते हैं जो लेज़र माध्यम को उत्तेजित करता है।
आर्क लैंपफ्लैश 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 जहाँ निरंतर तरंग (CW) लेज़र संचालन की आवश्यकता होती है।
एलईडी (प्रकाश उत्सर्जक डायोड)लेज़र डायोड जितने आम न होते हुए भी, एलईडी का इस्तेमाल कुछ कम-शक्ति वाले अनुप्रयोगों में ऑप्टिकल पंपिंग के लिए किया जा सकता है। ये अपनी लंबी उम्र, कम लागत और विभिन्न तरंगदैर्ध्य में उपलब्धता के कारण लाभप्रद हैं।
सूर्य का प्रकाशकुछ प्रायोगिक सेटअपों में, सौर-पंप लेज़रों के लिए संकेंद्रित सूर्य के प्रकाश का उपयोग पंप स्रोत के रूप में किया गया है। यह विधि सौर ऊर्जा का उपयोग करती है, जिससे यह एक नवीकरणीय और लागत-प्रभावी स्रोत बन जाता है, हालाँकि कृत्रिम प्रकाश स्रोतों की तुलना में यह कम नियंत्रणीय और कम तीव्र होता है।
फाइबर-युग्मित लेजर डायोडये लेज़र डायोड ऑप्टिकल फाइबर से जुड़े होते हैं, जो पंप प्रकाश को लेज़र माध्यम तक अधिक कुशलता से पहुँचाते हैं। यह विधि विशेष रूप से फाइबर लेज़रों में और उन स्थितियों में उपयोगी है जहाँ पंप प्रकाश का सटीक वितरण महत्वपूर्ण होता है।
अन्य लेज़रकभी-कभी, एक लेज़र का उपयोग दूसरे लेज़र को पंप करने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक डाई लेज़र को पंप करने के लिए आवृत्ति-दोगुनी Nd: YAG लेज़र का उपयोग 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 से आसानी से प्राप्त नहीं होती है।
डायोड-पंप ठोस-अवस्था लेज़र
प्रारंभिक ऊर्जा स्रोतयह प्रक्रिया एक डायोड लेज़र से शुरू होती है, जो पंप स्रोत का काम करता है। डायोड लेज़रों को उनकी दक्षता, छोटे आकार और विशिष्ट तरंगदैर्घ्य पर प्रकाश उत्सर्जित करने की क्षमता के लिए चुना जाता है।
पंप लाइट:डायोड लेज़र प्रकाश उत्सर्जित करता है जिसे ठोस अवस्था लाभ माध्यम द्वारा अवशोषित कर लिया जाता है। डायोड लेज़र की तरंगदैर्घ्य लाभ माध्यम की अवशोषण विशेषताओं के अनुरूप बनाई जाती है।
ठोस अवस्थालाभ मध्यम
सामग्री:डीपीएसएस लेज़रों में लाभ माध्यम आमतौर पर एक ठोस अवस्था वाली सामग्री होती है, जैसे एनडी:वाईएजी (नियोडिमियम-डोप्ड यिट्रियम एल्युमिनियम गार्नेट), एनडी:वाईवीओ4 (नियोडिमियम-डोप्ड यिट्रियम ऑर्थोवैनाडेट), या वाईबी:वाईएजी (यटरबियम-डोप्ड यिट्रियम एल्युमिनियम गार्नेट)।
डोपिंग:इन सामग्रियों को दुर्लभ-पृथ्वी आयनों (जैसे Nd या Yb) के साथ 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:लेज़र क्रिया की कुंजी लाभ माध्यम में जनसंख्या व्युत्क्रमण प्राप्त करना है। इसका अर्थ है कि मूल अवस्था की तुलना में अधिक आयन उत्तेजित अवस्था में होते 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।
प्रतिपुष्टि और प्रवर्धन: इनमें से एक दर्पण अत्यधिक परावर्तक होता है, और दूसरा आंशिक रूप से परावर्तक। 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 पंपिंग | लेज़र माध्यम के लंबवत प्रक्षेपित पंप प्रकाश | रॉड या फाइबर लेज़र | पंप प्रकाश का एकसमान वितरण, उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त | असमान लाभ वितरण, निम्न बीम गुणवत्ता |
| पम्पिंग समाप्त करें | पंप प्रकाश को लेजर बीम के समान अक्ष पर निर्देशित किया जाता है | Nd:YAG जैसे ठोस-अवस्था लेज़र | समान लाभ वितरण, उच्च बीम गुणवत्ता | जटिल संरेखण, उच्च-शक्ति लेज़रों में कम कुशल ऊष्मा अपव्यय |
प्रभावी पंप प्रकाश के लिए आवश्यकताएँ
| मांग | महत्त्व | प्रभाव/संतुलन | अतिरिक्त टिप्पणी |
|---|---|---|---|
| स्पेक्ट्रम उपयुक्तता | तरंगदैर्ध्य लेज़र 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 की गुणवत्ता | अंत-पंप 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 दक्षता को बढ़ाता है और उत्सर्जित लेजर प्रकाश ध्रुवीकरण को प्रभावित कर सकता है | विशिष्ट ध्रुवीकरण अवस्था आवश्यक हो सकती है |
| तीव्रता शोर | कम शोर का स्तर महत्वपूर्ण है | पंप प्रकाश की तीव्रता में उतार-चढ़ाव लेज़र 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: 01-दिसंबर-2023