फाइबर लेजर

एक फाइबर लेज़र  (या राष्ट्रमंडल अंग्रेजी में फाइबर लेजर) एक लेजर है जिसमें सक्रिय लाभ माध्यम एक दुर्लभ-पृथ्वी तत्वों जैसे कि एर्बियम,  ytterbium, Neodymium, डिस्प्रोसियम, प्रेसियोडीमियम, थ्यूलियम और होल्मियम के साथ डोप किया गया एक  प्रकाशित तंतु  है। वे ऑप्टिकल एम्पलीफायर # डोप्ड फाइबर एम्पलीफायरों से संबंधित हैं, जो बिना  पिया हुआ  के प्रकाश प्रवर्धन प्रदान करते हैं। फाइबर नॉनलाइनियर ऑप्टिक्स, जैसे  रमन बिखरना  या  चार-लहर मिश्रण  भी गेन प्रदान कर सकते हैं और इस प्रकार फाइबर लेजर के लिए गेन मीडिया के रूप में काम करते हैं।

लाभ और अनुप्रयोग
अन्य प्रकार के लेज़रों की तुलना में फाइबर लेज़रों का एक लाभ यह है कि लेज़र प्रकाश एक स्वाभाविक रूप से लचीले माध्यम से उत्पन्न और वितरित दोनों होता है, जो फ़ोकसिंग स्थान और लक्ष्य को आसान वितरण की अनुमति देता है। यह धातुओं और पॉलिमर की लेजर कटिंग, वेल्डिंग और फोल्डिंग के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है। अन्य प्रकार के लेजर की तुलना में एक अन्य लाभ उच्च उत्पादन शक्ति है। फाइबर लेज़रों के कई किलोमीटर लंबे सक्रिय क्षेत्र हो सकते हैं, और इसलिए वे बहुत उच्च ऑप्टिकल लाभ प्रदान कर सकते हैं। वे फाइबर के उच्च सतह क्षेत्र से आयतन अनुपात के कारण निरंतर उत्पादन शक्ति के किलोवाट स्तर का समर्थन कर सकते हैं, जो कुशल शीतलन की अनुमति देता है। फाइबर के वेवगाइड गुण ऑप्टिकल पथ के थर्मल विरूपण को कम या समाप्त करते हैं, आमतौर पर विवर्तन-सीमित, उच्च-गुणवत्ता वाले ऑप्टिकल बीम का उत्पादन करते हैं। ठोस-अवस्था वाले लेज़र की तुलना में फाइबर लेज़र कॉम्पैक्ट होते हैं। तुलनात्मक शक्ति के ठोस-अवस्था या गैस लेजर की तुलना में, क्योंकि मोटे रॉड-प्रकार के डिज़ाइनों को छोड़कर, अंतरिक्ष को बचाने के लिए फाइबर को मोड़ा और कुंडलित किया जा सकता है। उनके पास स्वामित्व की कम लागत है।  फाइबर लेजर विश्वसनीय हैं और उच्च तापमान और कंपन स्थिरता और विस्तारित जीवनकाल प्रदर्शित करते हैं। उच्च शिखर शक्ति और नैनोसेकंड दालें अंकन और उत्कीर्णन में सुधार करती हैं। अतिरिक्त शक्ति और बेहतर बीम गुणवत्ता क्लीनर कट किनारों और तेजी से काटने की गति प्रदान करती है। फाइबर लेज़रों के अन्य अनुप्रयोगों में सामग्री प्रसंस्करण, दूरसंचार, स्पेक्ट्रोस्कोपी, दवा और निर्देशित ऊर्जा हथियार शामिल हैं।

डिजाइन और निर्माण
अधिकांश अन्य प्रकार के लेज़रों के विपरीत, फाइबर लेज़रों में लेजर गुहा का निर्माण विभिन्न प्रकार के फ़ाइबर को फ्यूजन splicing  द्वारा अखंड रूप से किया जाता है; फाइबर ब्रैग झंझरी ऑप्टिकल प्रतिक्रिया प्रदान करने के लिए पारंपरिक ढांकता हुआ दर्पणों की जगह लेते हैं। वे अति-संकीर्ण वितरित प्रतिक्रिया लेज़रों (DFB) के एकल अनुदैर्ध्य मोड संचालन के लिए भी डिज़ाइन किए जा सकते हैं जहाँ एक चरण-स्थानांतरित ब्रैग झंझरी लाभ माध्यम को ओवरलैप करती है। फाइबर लेजर सेमीकंडक्टर  लेज़र डायोड  या अन्य फाइबर लेजर द्वारा लेजर पंपिंग हैं।

डबल-क्लैड फाइबर


कई उच्च-शक्ति वाले फाइबर लेज़र डबल-क्लैड फाइबर पर आधारित होते हैं। गेन मीडियम फाइबर का कोर बनाता है, जो क्लैडिंग की दो परतों से घिरा होता है। लेज़िंग अनुप्रस्थ मोड कोर में फैलता है, जबकि एक मल्टी-मोड ऑप्टिकल फाइबर पंप बीम आंतरिक आवरण परत में फैलता है। बाहरी क्लैडिंग इस पंप लाइट को सीमित रखती है। यह व्यवस्था कोर को अधिक उच्च-शक्ति बीम के साथ पंप करने की अनुमति देती है, अन्यथा इसे फैलाने के लिए बनाया जा सकता है, और अपेक्षाकृत कम चमक वाले पंप प्रकाश को बहुत अधिक चमक वाले सिग्नल में बदलने की अनुमति देता है। डबल-क्लैड फाइबर के आकार के बारे में एक महत्वपूर्ण प्रश्न है; गोलाकार समरूपता वाला एक फाइबर सबसे खराब संभव डिजाइन लगता है।     डिज़ाइन को कोर को केवल कुछ (या यहां तक ​​कि एक) मोड का समर्थन करने के लिए पर्याप्त छोटा होना चाहिए। इसे फाइबर के अपेक्षाकृत छोटे टुकड़े पर कोर और ऑप्टिकल पंप सेक्शन को सीमित करने के लिए पर्याप्त क्लैडिंग प्रदान करनी चाहिए।

पतला डबल-क्लैड फाइबर (टी-डीसीएफ) में पतला कोर और क्लैडिंग है जो थर्मल लेंसिंग मोड अस्थिरता के बिना एम्पलीफायरों और लेजर की पावर स्केलिंग को सक्षम बनाता है।

पावर स्केलिंग
फाइबर लेजर प्रौद्योगिकी में हाल के विकास ने डायोड-पंप वाले ठोस-अवस्था वाले लेजर से प्राप्त विवर्तन-सीमित बीम शक्तियों में तेजी से और बड़ी वृद्धि की है। लार्ज मोड एरिया (LMA) फाइबर की शुरुआत के साथ-साथ उच्च शक्ति और उच्च चमक डायोड में निरंतर प्रगति के कारण, निरंतर-लहर एकल-अनुप्रस्थ मोड | Yb-डोप्ड फाइबर लेज़रों से अनुप्रस्थ-मोड शक्तियाँ 2001 में 100 W से बढ़ गई हैं 20 kW से अधिक। 2014 में एक संयुक्त बीम फाइबर लेज़र ने 30 kW की शक्ति का प्रदर्शन किया। उच्च औसत शक्ति फाइबर लेज़रों में आम तौर पर अपेक्षाकृत कम-शक्ति मास्टर ऑसिलेटर शक्ति एम्पलीफायर, या बीज लेजर, और पावर एम्पलीफायर (एमओपीए) योजना शामिल होती है। अल्ट्राशॉर्ट ऑप्टिकल दालों के लिए एम्पलीफायरों में, ऑप्टिकल चोटी की तीव्रता बहुत अधिक हो सकती है, जिससे हानिकारक अरैखिक नाड़ी विरूपण या लाभ माध्यम या अन्य ऑप्टिकल तत्वों का विनाश भी हो सकता है। आमतौर पर चिरप्ड-पल्स एम्प्लीफिकेशन (CPA) को नियोजित करके इससे बचा जाता है। रॉड-टाइप एम्पलीफायरों का उपयोग करने वाली अत्याधुनिक उच्च-शक्ति फाइबर लेजर प्रौद्योगिकियां 260 fs दालों के साथ 1 kW तक पहुंच गई हैं और इनमें से अधिकांश समस्याओं के लिए उत्कृष्ट प्रगति की और व्यावहारिक समाधान दिए।

हालांकि, फाइबर लेज़रों की आकर्षक विशेषताओं के बावजूद, पावर स्केलिंग के दौरान कई समस्याएं उत्पन्न होती हैं। सबसे महत्वपूर्ण हैं थर्मल लेंसिंग और सामग्री प्रतिरोध, गैर-रैखिक प्रभाव जैसे उत्तेजित रमन स्कैटरिंग (SRS), उत्तेजित ब्रिलौइन स्कैटरिंग (SBS), मोड अस्थिरता और खराब आउटपुट बीम गुणवत्ता।

दालों की उत्पादन शक्ति बढ़ाने से संबंधित समस्याओं को हल करने का मुख्य तरीका फाइबर के कोर व्यास को बढ़ाना रहा है। सक्रिय फाइबर के सतह-से-सक्रिय-मात्रा अनुपात को बढ़ाने के लिए बड़े मोड वाले विशेष सक्रिय फाइबर विकसित किए गए थे, और इसलिए, बिजली स्केलिंग को सक्षम करने वाली गर्मी अपव्यय में सुधार हुआ।

इसके अलावा, आंतरिक आवरण और कोर के बीच पंप प्रसार और अवशोषण को नियंत्रित करके उच्च-शक्ति पंप डायोड की चमक आवश्यकताओं को कम करने के लिए विशेष रूप से विकसित डबल क्लैडिंग संरचनाओं का उपयोग किया गया है।

उच्च शक्ति स्केलिंग के लिए एक बड़े प्रभावी मोड क्षेत्र (एलएमए) के साथ कई प्रकार के सक्रिय फाइबर विकसित किए गए हैं जिनमें कम-एपर्चर कोर वाले एलएमए फाइबर शामिल हैं। सूक्ष्म संरचित रॉड-प्रकार फाइबर पेचदार कोर या चिरली-युग्मित तंतु, और टेपर्ड डबल-क्लैड फाइबर (T-DCF)। मोड फील्ड व्यास (एमएफडी) इन कम एपर्चर प्रौद्योगिकियों के साथ हासिल किया गया    आमतौर पर 20–30 माइक्रोमीटर से अधिक नहीं होता है। माइक्रो-स्ट्रक्चर्ड रॉड-टाइप फाइबर में बहुत बड़ा एमएफडी (65 माइक्रोमीटर तक) होता है ) और अच्छा प्रदर्शन। एक प्रभावशाली 2.2 mJ स्पंद ऊर्जा का प्रदर्शन एक गुजरने MOPA द्वारा किया गया लार्ज-पिच फाइबर (LPF) युक्त। हालांकि, एलपीएफ के साथ प्रवर्धन प्रणालियों की कमी उनकी अपेक्षाकृत लंबी (1.2 मीटर तक) असहनीय रॉड-प्रकार के फाइबर हैं, जिसका अर्थ है बल्कि भारी और बोझिल ऑप्टिकल योजना। एलपीएफ निर्माण अत्यधिक जटिल है जिसमें महत्वपूर्ण प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है जैसे फाइबर प्री-फॉर्म की सटीक ड्रिलिंग। एलपीएफ फाइबर झुकने के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं जिसका अर्थ है मजबूती और सुवाह्यता से समझौता किया जाता है।

मोड लॉकिंग
अन्य लेज़रों के साथ उपयोग किए जाने वाले मोड लॉकिंग के प्रकारों के अलावा, फाइबर लेज़रों को निष्क्रिय रूप से फाइबर के birefringence  का उपयोग करके लॉक किया जा सकता है। गैर-रैखिक ऑप्टिकल केर प्रभाव ध्रुवीकरण में परिवर्तन का कारण बनता है जो प्रकाश की तीव्रता के साथ बदलता रहता है। यह लेज़र कैविटी में एक पोलराइज़र को संतृप्त अवशोषक के रूप में कार्य करने की अनुमति देता है, कम तीव्रता वाले प्रकाश को अवरुद्ध करता है लेकिन उच्च तीव्रता वाले प्रकाश को थोड़ा क्षीणन के साथ पारित करने की अनुमति देता है। यह लेज़र को मोड-लॉक पल्स बनाने की अनुमति देता है, और फिर फाइबर की गैर-रैखिकता प्रत्येक पल्स को अल्ट्रा-शॉर्ट ऑप्टिकल सॉलिटॉन पल्स में आकार देती है।

सेमीकंडक्टर संतृप्त-अवशोषक दर्पण (एसईएसएएम) का उपयोग लॉक फाइबर लेजर को मोड करने के लिए भी किया जा सकता है। अन्य संतृप्त अवशोषक तकनीकों की तुलना में SESAMs का एक प्रमुख लाभ यह है कि अवशोषक मापदंडों को एक विशेष लेजर डिजाइन की जरूरतों को पूरा करने के लिए आसानी से तैयार किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, संतृप्ति प्रवाह को शीर्ष परावर्तक की परावर्तकता को अलग करके नियंत्रित किया जा सकता है जबकि अवशोषक परतों के लिए कम तापमान की बढ़ती स्थितियों को बदलकर मॉडुलन गहराई और पुनर्प्राप्ति समय को अनुकूलित किया जा सकता है। डिजाइन की इस स्वतंत्रता ने SESAMs के अनुप्रयोग को फाइबर लेज़रों के मॉडलिंग में आगे बढ़ा दिया है जहाँ स्व-प्रारंभिक और संचालन स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए अपेक्षाकृत उच्च मॉडुलन गहराई की आवश्यकता होती है। 1 माइक्रोमीटर और 1.5 माइक्रोमीटर पर काम करने वाले फाइबर लेसरों का सफलतापूर्वक प्रदर्शन किया गया। ग्राफीन संतृप्त अवशोषक का उपयोग मोड लॉकिंग फाइबर लेज़रों के लिए भी किया गया है।  ग्राफीन का संतृप्त अवशोषण तरंग दैर्ध्य के प्रति बहुत संवेदनशील नहीं है, जो इसे मोड लॉकिंग ट्यून करने योग्य लेजर के लिए उपयोगी बनाता है।

डार्क सॉलिटॉन फाइबर लेजर
गैर-मोड लॉकिंग शासन में, एक पोलराइज़र इन-कैविटी के साथ एक सर्व-सामान्य फैलाव एर्बियम-डोप्ड फाइबर लेजर का उपयोग करके एक डार्क सॉलिटॉन फाइबर लेजर सफलतापूर्वक बनाया गया था। प्रायोगिक निष्कर्षों से संकेत मिलता है कि उज्ज्वल नाड़ी उत्सर्जन के अलावा, उपयुक्त परिस्थितियों में फाइबर लेजर एकल या एकाधिक अंधेरे दालों का भी उत्सर्जन कर सकता है। संख्यात्मक सिमुलेशन के आधार पर लेजर में डार्क पल्स फॉर्मेशन डार्क सॉलिटॉन शेपिंग का परिणाम हो सकता है।

मल्टी-वेवलेंथ फाइबर लेजर
एक फाइबर लेजर में बहु-तरंग दैर्ध्य उत्सर्जन ने ZBLAN ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग करके एक साथ नीले और हरे रंग के सुसंगत प्रकाश का प्रदर्शन किया। एंड-पंप किया गया लेज़र एक लंबे तरंगदैर्घ्य सेमीकंडक्टर लेज़र का उपयोग करके एक अपरूपांतरण ऑप्टिकल गेन मीडिया पर आधारित था, जो एक Pr3+/Yb3+ डोप्ड फ़्लोराइड फ़ाइबर को पंप करता था, जो कैविटी बनाने के लिए फ़ाइबर के प्रत्येक सिरे पर कोटेड डाइइलेक्ट्रिक मिरर का उपयोग करता था।

फाइबर डिस्क लेजर


एक अन्य प्रकार का फाइबर लेजर फाइबर डिस्क लेजर है। ऐसे लेज़रों में, पंप फाइबर के आवरण के भीतर ही सीमित नहीं होता है, बल्कि इसके बजाय पंप प्रकाश को कोर में कई बार वितरित किया जाता है क्योंकि यह अपने आप में कुंडलित होता है। यह कॉन्फिगरेशन शक्ति स्केलिंग  के लिए उपयुक्त है जिसमें कॉइल की परिधि के आसपास कई पंप स्रोतों का उपयोग किया जाता है।

यह भी देखें

 * चित्र-8 लेज़र