घन अवस्था लेजर

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एनडी: याग

एक घन अवस्था लेजर एक लेजर होता है जो डाई लेजर की तरह तरल या गैस लेजर की तरह गैस के अतिरिक्त एक सक्रिय लेजर माध्यम का उपयोग करता है [1] अर्द्ध-चालक-आधारित लेजर भी ठोस अवस्था में होते हैं, लेकिन सामान्यतः घन अवस्था लेजरों से एक अलग वर्ग के रूप में जाना जाता है, जिसे लेज़र डायोड कहा जाता है।

ठोस-अवस्था मीडिया

Further information: लेज़र प्रकारों की सूची § ठोस-अवस्था लेज़र

सामान्यतः, एक ठोस-अवस्था लेजर के सक्रिय माध्यम में एक कांच या क्रिस्टलीय होस्ट सामग्री होती है, जिसमें एक डोपेंट जैसे कि नियोडिमियम, क्रोमियम, एर्बियम,[2] थुलियम[3] या येटरबियम।[4] मिलाया जाता है। कई सामान्य डोपेंट दुर्लभ-पृथ्वी तत्व हैं, क्योंकि इस तरह के आयनों के उत्तेजित अवस्थाओं को उनके क्रिस्टल लैटिस (फोनन) के थर्मल कंपन के साथ दृढ़ता से युग्मित नहीं किया जाता है, और उनकी लासिंग पंपिंग की अपेक्षाकृत कम तीव्रता पर उनके परिचालन थ्रेसहोल्ड तक पहुंचा जा सकता है।

कई सैकड़ों ठोस-अवस्था मीडिया हैं जिनमें लेजर कार्रवाई प्राप्त की गई है, लेकिन अपेक्षाकृत कुछ प्रकार व्यापक उपयोग में हैं। इनमें से, संभवतः सबसे आम नियोडिमियम-डोप्ड येट्रियम एल्यूमीनियम गार्नेट (एनडी: वाईएजी) है। नियोडिमियम-डोप्ड ग्लास (एनडी: ग्लास) और येटेरबियम-डोप्ड ग्लास या सिरेमिक का उपयोग बहुत उच्च शक्ति स्तर (टेरावाट) और उच्च ऊर्जा (मेगाजौले) में बहु-बीम जड़त्वीय बंधन संलयन के लिए किया जाता है।

लेज़रों के लिए उपयोग की जाने वाली पहली सामग्री सिंथेटिक रूबी क्रिस्टल थी। रूबी लेज़रों का उपयोग अभी भी कुछ अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है, लेकिन वे अपनी कम शक्ति क्षमता के कारण आम नहीं हैं। कमरे के तापमान पर, रूबी लेज़र्स केवल प्रकाश की छोटी स्पंदों का उत्सर्जन करते हैं, लेकिन क्रायोजेनिक तापमान पर उन्हें स्पंदों की निरंतर ट्रेन का उत्सर्जन करने के लिए बनाया जा सकता है।[5]

कुछ घन अवस्था लेजरों को कई इंट्राकैविटी तकनीकों का उपयोग करके समस्वरणीय करने योग्य लेजर भी हो सकता है, जो फैब्री-पेरेट इंटरफेरोमीटर, प्रिज्म (प्रकाशिकी) एस, और विवर्तन झंझरी, या इनमें से एक संयोजन को नियोजित करते हैं।[6] टाइटेनियम-डोपेड नीलम व्यापक रूप से 660 से 1080 नैनोमीटर की व्यापक ट्यूनिंग रेंज के लिए उपयोग किया जाता है। सिंथेटिक अलेक्जेंड्राइट लेजर 700 से 820 एनएम से ट्यून करने योग्य होते हैं और टाइटेनियम-नीलम लेज़रों की तुलना में उच्च-ऊर्जा स्पंदों का उत्पादन करते हैं क्योंकि लाभ माध्यम का लंबा ऊर्जा भंडारण समय और उच्च लेजर क्षति सीमा है।

पंपिंग

Further information: लेजर पंपिंग

सॉलिड स्टेट लेज़िंग मीडिया सामान्यतः या तो फ्लैशलैंप या आर्क लैंप या लेजर डायोड द्वारा वैकल्पिक रूप से पंप किया जाता है।[1] डायोड-पंप किए गए ठोस-अवस्था लेजर बहुत अधिक कुशल होते हैं और बहुत अधिक सामान्य हो गए हैं क्योंकि उच्च-शक्ति अर्धचालक लेजर की लागत कम हो गई है।

मोड लॉकिंग

ठोस-अवस्था लेजर और फाइबर लेजर के मोड लॉकिंग में व्यापक अनुप्रयोग होते हैं, क्योंकि बड़ी-ऊर्जा अल्ट्रा-शॉर्ट स्पंदों को प्राप्त किया जा सकता है।[1] दो प्रकार के संतृप्त अवशोषक हैं जो व्यापक रूप से मोड लॉकर एसईएसएएम,[7][8][9] और एसडब्ल्यूसीएनटी के रूप में उपयोग किए जाते हैं। और ग्राफीन का भी उपयोग किया गया है।[10][11][12] ये सामग्री एक नॉनलाइनियर ऑप्टिकल व्यवहार का उपयोग करती है जिसे लेजर बनाने के लिए संतृप्त अवशोषण कहा जाता है, जो छोटी स्पंदन बनाती है।

वर्तमान अनुप्रयोग और विकास

F-35 लाइटनिंग II के लिए घन अवस्था लेजरों को वैकल्पिक हथियारों के रूप में विकसित किया जा रहा है, और लगभग-संचालन की स्थिति तक पहुंच रहे हैं,[13][14][15] और साथ ही नॉर्थ्रॉप ग्रुम्मन के फायरस्ट्राइक लेजर हथियार प्रणाली का प्रारंभ भी हो रही है।[16][17] अप्रैल 2011 में संयुक्त राज्य नौसेना ने एक उच्च ऊर्जा ठोस अवस्था लेजर का परीक्षण किया। और त्रुटिहीन रेंज को वर्गीकृत किया गया है, लेकिन उन्होंने कहा कि यह मीलों नहीं गज की दूरी पर निकाल दिया।[18][19]

यूरेनियम-डोप्ड (अर्धचालक) कैल्शियम फ्लोराइड 1960 के दशक में आविष्कार किए गए ठोस अवस्था लेजर का दूसरा प्रकार था। यॉर्कटाउन हाइट्स (यूएस) में आईबीएम की प्रयोगशालाओं में पीटर सोरोकिन और मिरेक स्टीवेन्सन ने थियोडोर हेरोल्ड मैमन के रूबी लेजर के तुरंत बाद 2.5 माइक्रोन पर लेसिंग प्राप्त किया।

अमेरिकी सेना 58 kW फाइबर लेजर का उपयोग करके एक ट्रक-माउंटेड लेजर प्रणाली का परीक्षण करने की तैयारी कर रही है।[20] लेजर की स्केलेबिलिटी ड्रोन से लेकर विभिन्न स्तरों पर बड़े पैमाने पर जहाजों तक सब कुछ पर उपयोग करती है। नया लेजर अपने बीम में उपलब्ध ऊर्जा का 40 प्रतिशत डालता है, जिसे घन अवस्था लेजरों के लिए बहुत अधिक माना जाता है। चूंकि अधिक से अधिक सैन्य वाहन और ट्रक उन्नत हाइब्रिड इंजन और प्रणोदन प्रणालियों का उपयोग कर रहे हैं जो लेज़रों जैसे अनुप्रयोगों के लिए बिजली का उत्पादन करते हैं, अनुप्रयोगों को ट्रकों, ड्रोन, जहाजों, हेलीकॉप्टरों और विमानों में प्रसार करने की संभावना है।[20]


यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 Heller, Jörg (1 March 2022). "A Primer on Solid-State Lasers". www.techbriefs.com (in English). SAE Media Group. Retrieved 2022-08-07.
  2. ↑ Singh, G.; Purnawirman; Bradley, J. D. B.; Li, N.; Magden, E. S.; Moresco, M.; Adam, T. N.; Leake, G.; Coolbaugh, D.; Watts, M. R. (2016). "Resonant pumped erbium-doped waveguide lasers using distributed Bragg reflector cavities". Optics Letters. 41 (6): 1189–1192. Bibcode:2016OptL...41.1189S. doi:10.1364/OL.41.001189. PMID 26977666.
  3. ↑ Su, Z.; Li, N.; Magden, E. S.; Byrd, M.; Purnawirman; Adam, T. N.; Leake, G.; Coolbaugh, D.; Bradley, J. D.; Watts, M. R. (2016). "Ultra-compact and low-threshold thulium microcavity laser monolithically integrated on silicon". Optics Letters. 41 (24): 5708–5711. Bibcode:2016OptL...41.5708S. doi:10.1364/OL.41.005708. PMID 27973495.
  4. ↑ Z. Su, J. D. Bradley, N. Li, E. S. Magden, Purnawirman, D. Coleman, N. Fahrenkopf, C. Baiocco, T. Adam, G. Leake, D. Coolbaugh, D. Vermeulen, and M. R. Watts (2016) "Ultra-Compact CMOS-Compatible Ytterbium Microlaser", Integrated Photonics Research, Silicon and Nanophotonics 2016, IW1A.3.
  5. ↑ "Continuous solid-state laser operation revealed by BTL" (PDF). Astronautics: 74. March 1962.
  6. ↑ N. P. Barnes, Transition metal solid-state lasers, in Tunable Lasers Handbook, F. J. Duarte (Ed.) (Academic, New York, 1995).
  7. ↑ H. Zhang et al., "Induced solitons formed by cross polarization coupling in a birefringent cavity fiber laser" Archived 7 July 2011 at the Wayback Machine, Opt. Lett., 33, 2317–2319.(2008).
  8. ↑ D. Y. Tang et al., "Observation of high-order polarization-locked vector solitons in a fiber laser" Archived 20 January 2010 at the Wayback Machine, Physical Review Letters, 101, 153904 (2008).
  9. ↑ L. M. Zhao et al., "Polarization rotation locking of vector solitons in a fiber ring laser" Archived 7 July 2011 at the Wayback Machine, Optics Express, 16,10053–10058 (2008).
  10. ↑ H. Zhang; D. Y. Tang; L. M. Zhao; Q. L. Bao; K. P. Loh (2009). "Large energy mode locking of an erbium-doped fiber laser with atomic layer graphene" (PDF). Optics Express. 17 (20): 17630–5. arXiv:0909.5536. Bibcode:2009OExpr..1717630Z. doi:10.1364/OE.17.017630. PMID 19907547. Archived from the original (PDF) on 2011-07-17.
  11. ↑ Han Zhang; Qiaoliang Bao; Dingyuan Tang; Luming Zhao & Kianping Loh (2009). "Large energy soliton erbium-doped fiber laser with a graphene-polymer composite mode locker" (PDF). Applied Physics Letters. 95 (14): P141103. arXiv:0909.5540. Bibcode:2009ApPhL..95n1103Z. doi:10.1063/1.3244206. Archived from the original (PDF) on 2011-07-17.
  12. ↑ "Graphene: Mode-locked lasers". NPG Asia Materials. 21 December 2009. doi:10.1038/asiamat.2009.52.
  13. ↑ Fulghum, David A. "Lasers being developed for F-35 and AC-130." Aviation Week and Space Technology, (8 July 2002). Access date: 8 February 2006.
  14. ↑ Morris, Jefferson. "Keeping cool a big challenge for JSF laser, Lockheed Martin says." Aerospace Daily, 26 September 2002. Access date: 3 June 2007.
  15. ↑ Fulghum, David A. "Lasers, HPM weapons near operational status." Aviation Week and Space Technology, 22 July 2002. Access date: 8 February 2006.
  16. ↑ "Northrop Grumman Press Release". Archived from the original on 8 December 2008. Retrieved 2008-11-13.
  17. ↑ "The Register Press Release". Retrieved 2008-11-14.
  18. ↑ "US Navy's laser test could put heat on pirates". Fox News. 13 April 2011.
  19. ↑ Kaplan, Jeremy A. (8 April 2011). "Navy shows off powerful new laser weapon". Fox News.
  20. ↑ 20.0 20.1 Tucker, Patrick (16 March 2017). "US Army to Test Powerful New Truck-Mounted Laser 'Within Months'". Defense One. Retrieved 13 August 2017.
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