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अपने सार में, लेजर पंपिंग एक अवस्था को प्राप्त करने के लिए एक माध्यम को ऊर्जावान बनाने की प्रक्रिया है जहां यह लेजर प्रकाश का उत्सर्जन कर सकता है। यह आमतौर पर मध्यम में प्रकाश या विद्युत प्रवाह को इंजेक्ट करके किया जाता है, इसके परमाणुओं को रोमांचक और सुसंगत प्रकाश के उत्सर्जन के लिए अग्रणी। 20 वीं शताब्दी के मध्य में पहले लेज़रों के आगमन के बाद से यह मूलभूत प्रक्रिया काफी विकसित हुई है।
जबकि अक्सर दर समीकरणों द्वारा मॉडलिंग की जाती है, लेजर पंपिंग मौलिक रूप से एक क्वांटम यांत्रिक प्रक्रिया है। इसमें फोटॉन और लाभ माध्यम के परमाणु या आणविक संरचना के बीच जटिल बातचीत शामिल है। उन्नत मॉडल रबी दोलनों की तरह घटनाओं पर विचार करते हैं, जो इन इंटरैक्शन की अधिक बारीक समझ प्रदान करते हैं।
लेजर पंपिंग एक ऐसी प्रक्रिया है जहां ऊर्जा, आमतौर पर प्रकाश या विद्युत प्रवाह के रूप में, अपने परमाणुओं या अणुओं को उच्च ऊर्जा राज्यों में ऊंचा करने के लिए एक लेजर के लाभ माध्यम को आपूर्ति की जाती है। यह ऊर्जा हस्तांतरण जनसंख्या उलटा प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण है, एक राज्य जहां अधिक कण कम ऊर्जा की स्थिति की तुलना में अधिक उत्साहित होते हैं, जिससे माध्यम को उत्तेजित उत्सर्जन के माध्यम से प्रकाश को बढ़ाने में सक्षम किया जाता है। प्रक्रिया में जटिल क्वांटम इंटरैक्शन शामिल हैं, जो अक्सर दर समीकरणों या अधिक उन्नत क्वांटम यांत्रिक ढांचे के माध्यम से मॉडलिंग की जाती है। प्रमुख पहलुओं में पंप स्रोत की पसंद (जैसे लेजर डायोड या डिस्चार्ज लैंप), पंप ज्यामिति (साइड या एंड पंपिंग), 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 ठोस-राज्य, अर्धचालक और गैस लेजर शामिल हैं, और लेजर के कुशल और प्रभावी संचालन के लिए आवश्यक है।
वैकल्पिक रूप से पंप लेज़रों की किस्में
1। डोपेड इंसुलेटर के साथ ठोस-राज्य लेजर
· अवलोकन:ये लेजर एक विद्युत रूप से इन्सुलेट होस्ट माध्यम का उपयोग करते हैं और लेजर-सक्रिय आयनों को सक्रिय करने के लिए ऑप्टिकल पंपिंग पर भरोसा करते हैं। एक सामान्य उदाहरण YAG लेज़रों में Neodymium है।
·हाल के शोध:ए। एंटिपोव एट अल द्वारा एक अध्ययन। स्पिन-एक्सचेंज ऑप्टिकल पंपिंग के लिए एक ठोस-राज्य निकट-आईआर लेजर पर चर्चा करता है। यह शोध ठोस-राज्य लेजर तकनीक में प्रगति पर प्रकाश डालता है, विशेष रूप से निकट-अवरक्त स्पेक्ट्रम में, जो मेडिकल इमेजिंग और दूरसंचार जैसे अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है।
अग्रिम पठन:स्पिन-एक्सचेंज ऑप्टिकल पंपिंग के लिए एक ठोस-राज्य निकट-आईआर लेजर
2। अर्धचालक लेजर
·सामान्य जानकारी: आमतौर पर विद्युत रूप से पंप, सेमीकंडक्टर लेजर भी ऑप्टिकल पंपिंग से लाभान्वित हो सकते हैं, विशेष रूप से उच्च चमक की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में, जैसे कि ऊर्ध्वाधर बाहरी गुहा सतह उत्सर्जक लेजर (वेकल्स)।
·हाल के घटनाक्रम: अल्ट्राफास्ट सॉलिड-स्टेट और सेमीकंडक्टर लेज़रों से ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी कॉम्ब्स पर यू। केलर का काम डायोड-पंप किए गए ठोस-राज्य और सेमीकंडक्टर लेजर से स्थिर आवृत्ति कॉम्ब्स की पीढ़ी में अंतर्दृष्टि प्रदान करता है। यह उन्नति ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी मेट्रोलॉजी में अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है।
अग्रिम पठन:अल्ट्राफास्ट सॉलिड-स्टेट और सेमीकंडक्टर लेज़रों से ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी कॉम्ब्स
3। गैस लेजर
·गैस लेज़रों 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 के साथ सुसंगत प्रकाश स्रोतों की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में किया जाता है।
ऑप्टिकल पंपिंग के लिए स्रोत
डिस्चार्ज लैंप: लैंप-पंप किए गए लेज़रों में आम, डिस्चार्ज लैंप का उपयोग उनकी उच्च शक्ति और व्यापक स्पेक्ट्रम के लिए किया जाता है। YA MANDRYKO एट अल। सक्रिय मीडिया में आवेग चाप डिस्चार्ज पीढ़ी का एक पावर मॉडल विकसित किया, जो ठोस-राज्य लेज़रों के एक्सनॉन लैंपिंग को पंपिंग करता है। यह मॉडल कुशल लेजर ऑपरेशन के लिए महत्वपूर्ण आवेग पंपिंग लैंप के प्रदर्शन को अनुकूलित करने में मदद करता है।
लेजर डायोड:डायोड-पंप किए गए लेज़रों 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 जो आमतौर पर ठोस-राज्य लेज़रों, जैसे कि रूबी या एनडी: यग लेजर को पंप करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। वे प्रकाश की एक उच्च तीव्रता फटने प्रदान करते हैं जो लेजर माध्यम को उत्तेजित करता है।
चाप: फ्लैश लैंप के समान लेकिन निरंतर संचालन के लिए डिज़ाइन किया गया, आर्क लैंप तीव्र प्रकाश का एक स्थिर स्रोत प्रदान करते हैं। वे उन अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं जहां निरंतर लहर (सीडब्ल्यू) लेजर ऑपरेशन की आवश्यकता होती है।
एलईडी (प्रकाश उत्सर्जक डायोड): जबकि लेजर डायोड के रूप में आम 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।
धूप: कुछ प्रयोगात्मक सेटअप में, ध्यान केंद्रित सूर्य के प्रकाश का उपयोग सौर-पंप किए गए लेज़रों के लिए एक पंप स्रोत के रूप में किया गया है। यह विधि सौर ऊर्जा का उपयोग करती है, जिससे यह एक अक्षय 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 लेजर डायोड हैं जो ऑप्टिकल फाइबर के लिए युग्मित हैं, जो पंप प्रकाश को लेजर माध्यम में अधिक कुशलता से वितरित करते हैं। यह विधि विशेष रूप से फाइबर लेज़रों में और उन स्थितियों में उपयोगी है जहां पंप प्रकाश की सटीक वितरण महत्वपूर्ण है।
अन्य लेज़र्स: कभी -कभी, एक लेजर का उपयोग दूसरे को पंप करने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक आवृत्ति-दुखी एनडी: YAG लेजर का उपयोग डाई लेजर पंप करने के लिए किया जा सकता है। इस विधि का उपयोग अक्सर तब किया जाता है जब पंपिंग प्रक्रिया के लिए विशिष्ट तरंग दैर्ध्य की आवश्यकता होती है जो पारंपरिक प्रकाश स्रोतों के साथ आसानी से प्राप्त नहीं होती है।
डायोड-पंपेड सॉलिड-स्टेट लेजर
प्रारंभिक ऊर्जा स्रोत: प्रक्रिया एक डायोड लेजर के साथ शुरू होती है, जो पंप स्रोत के रूप में कार्य करता है। डायोड लेज़रों को उनकी दक्षता, कॉम्पैक्ट आकार और विशिष्ट तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश का उत्सर्जन करने की क्षमता के लिए चुना जाता है।
पंप प्रकाश:डायोड लेजर प्रकाश का उत्सर्जन करता है जो ठोस-राज्य लाभ माध्यम द्वारा अवशोषित होता है। डायोड लेजर की तरंग दैर्ध्य लाभ माध्यम के अवशोषण विशेषताओं से मेल खाने के लिए तैयार है।
ठोस राज्यप्राप्त करना
सामग्री:DPSS लेज़रों में लाभ का माध्यम आम तौर पर एक ठोस-राज्य सामग्री है जैसे कि ND: YAG (Neodymium-doped yttrium एल्यूमीनियम गार्नेट), nd: yvo4 (Neodymium-doped yttrium orthovanadate), या yb: yag (ytterbium-doped yttrium alttrium aluminum garnet)।
डोपिंग:इन सामग्रियों को दुर्लभ-पृथ्वी आयनों (जैसे एनडी या वाईबी) के साथ डोप किया जाता है, जो सक्रिय लेजर आयन 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 राज्यों के लिए उत्साहित हो जाते हैं।
जनसंख्या उलटा
जनसंख्या उलटा प्राप्त करना:लेजर कार्रवाई की कुंजी लाभ माध्यम में जनसंख्या उलटा प्राप्त कर रही है। इसका मतलब यह है कि अधिक आयन जमीनी राज्य की तुलना में एक उत्साहित स्थिति में हैं।
उत्तेजित उत्सर्जन:एक बार जनसंख्या उलटा होने के बाद, उत्साहित और जमीन राज्यों के बीच ऊर्जा अंतर के अनुरूप एक फोटॉन की शुरूआत, उत्साहित आयनों को जमीनी स्थिति में लौटने के लिए उत्तेजित कर सकती है, प्रक्रिया में एक फोटॉन का उत्सर्जन करती है।
ऑप्टिकल अनुनादक
दर्पण: लाभ माध्यम को एक ऑप्टिकल रेज़ोनेटर के अंदर रखा जाता है, जो आमतौर पर माध्यम के प्रत्येक छोर पर दो दर्पणों द्वारा बनता है।
प्रतिक्रिया और प्रवर्धन: दर्पणों में से एक अत्यधिक चिंतनशील है, और दूसरा आंशिक रूप से चिंतनशील है। फोटॉन इन दर्पणों के बीच आगे और पीछे उछालते हैं, अधिक उत्सर्जन को उत्तेजित करते हैं और प्रकाश को बढ़ाते हैं।
लेजर उत्सर्जन
सुसंगत प्रकाश: जो फोटॉन उत्सर्जित होते हैं, वे सुसंगत होते हैं, जिसका अर्थ है कि वे चरण में हैं और एक ही तरंग दैर्ध्य हैं।
आउटपुट: आंशिक रूप से चिंतनशील दर्पण इस प्रकाश में से कुछ को गुजरने की अनुमति देता है, जिससे लेजर बीम बन जाता है जो डीपीएसएस लेजर से बाहर निकलता है।
पंपिंग ज्यामितीय: साइड बनाम अंत पंपिंग
| पंपिंग पद्धति | विवरण | अनुप्रयोग | लाभ | चुनौतियां |
|---|---|---|---|---|
| साइड पंपिंग | पंप प्रकाश ने लेजर माध्यम के लिए लंबवत पेश किया | रॉड या फाइबर लेजर | पंप प्रकाश का एक समान वितरण, उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त | गैर-समान लाभ वितरण, कम बीम गुणवत्ता |
| अंत पंप | पंप प्रकाश को लेजर बीम के रूप में एक ही अक्ष के साथ निर्देशित किया जाता है | सॉलिड-स्टेट लेजर जैसे एनडी: याग | समान लाभ वितरण, उच्च बीम गुणवत्ता | जटिल संरेखण, उच्च-शक्ति लेज़रों में कम कुशल गर्मी अपव्यय |
प्रभावी पंप प्रकाश के लिए आवश्यकताएँ
| मांग | महत्त्व | प्रभाव/शेष | अतिरिक्त टिप्पणी |
|---|---|---|---|
| स्पेक्ट्रम उपयुक्तता | तरंग दैर्ध्य को लेजर माध्यम के अवशोषण स्पेक्ट्रम से मेल खाना चाहिए | कुशल अवशोषण और प्रभावी जनसंख्या उलटा सुनिश्चित करता है | - |
| तीव्रता | वांछित उत्तेजना स्तर के लिए पर्याप्त उच्च होना चाहिए | अत्यधिक उच्च तीव्रता थर्मल क्षति का कारण बन सकती है; बहुत कम जनसंख्या उलटा हासिल नहीं करेगा | - |
| बीम गुणवत्ता | विशेष रूप से अंत-पंप किए गए लेज़रों में महत्वपूर्ण है | 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 की गुणवत्ता महत्वपूर्ण है |
| ध्रुवीकरण | अनीसोट्रोपिक गुणों के साथ मीडिया के लिए आवश्यक | अवशोषण दक्षता को बढ़ाता है और उत्सर्जित लेजर प्रकाश ध्रुवीकरण को प्रभावित कर सकता है | विशिष्ट ध्रुवीकरण राज्य आवश्यक हो सकता 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 सटीकता की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण |
पोस्ट टाइम: DEC-01-2023