डायोड-पंप सॉलिड-स्टेट लेजर

एक डायोड-उदँचन घन अवस्था लेजर (DPSSL) एक घन-अवस्था लेज़र है, जो एक घन सक्रिय लेजर माध्यम को उदँचन करके बनाया जाता है, उदाहरण के लिए, एक माणिक या नियोडिमियम-अपमिश्रित YAG स्फटिक को उदँचन करके बनाया जाता है।

डीपीएसएसएल के पास अन्य प्रकारों की तुलना में संहतता और दक्षता में लाभ हैं, और उच्च शक्ति वाले डीपीएसएसएल ने कई वैज्ञानिक अनुप्रयोगों में आयन लेसरों और फ्लैशलैम्प-उदँचन लेसरों को बदल दिया है, और अब सामान्यतः हरे और अन्य रंगीन लेजर सूचक ्स में दिखाई दे रहे हैं।

युग्मन
स्फटिक और ऊर्जा दक्षता (न्यूनतम संभव उदँचन फोटॉन ऊर्जा) में अवशोषण गुणांक के बीच एक इष्टतम समझौता करने के लिए लेजर डायोड की तरंग दैर्ध्य को तापमान के माध्यम से समस्वरित किया जाता है। चूंकि अपशिष्ट ऊर्जा ऊष्मीय लेंसिंग द्वारा सीमित है, इसका मतलब उच्च तीव्रता वाले विसर्जन लैंप की तुलना में उच्च शक्ति घनत्व है।

उच्च शक्ति वाले लेज़र एकल स्फटिक का उपयोग करते हैं, लेकिन कई लेज़र डायोड पट्टी (एक क्रियाधार में एक दूसरे के बगल में कई डायोड) या ढेर (क्रियाधार के ढेर) में व्यवस्थित होते हैं। इस डायोड संजाल को लेंस (प्रकाशिकी) के माध्यम से स्फटिक पर चित्रित किया जा सकता है। डायोड के बीच के अंधेरे क्षेत्रों को वैकल्पिक रूप से हटाकर उच्च चमक (बेहतर किरण परिच्छेदिका और लंबे समय तक डायोड जीवनकाल के लिए अग्रणी) प्राप्त की जाती है, जो वर्तमान को ठंडा करने और वितरित करने के लिए आवश्यक हैं। यह दो चरणों में किया जाता है: प्रत्येक डायोड को एक प्रकाशित तंतु में युग्मित करके कई डायोड से किरण को भी जोड़ा जा सकता है, जो ठीक डायोड (लेकिन सूक्ष्म-लेंस के पीछे) पर रखा जाता है। तंतु पूलिका के दूसरे छोर पर, स्फटिक पर एक समान, अंतराल-रहित, गोल परिच्छेदिका बनाने के लिए तंतु को एक साथ जोड़ा जाता है। यह सुदूर शक्ति आपूर्ति के उपयोग की भी अनुमति देता है।
 * 1) तेज अक्ष को बेलनाकार सूक्ष्म-लेंस के एक संरेखित झंझरी के साथ मिलाया जाता है।
 * 2) आंशिक रूप से टकराए गए किरण को स्फटिक में कम आकार में चित्रित किया जाता है। स्फटिक को विक्षनरी उदँचन किया जा सकता है: दोनों छोरों से अनुदैर्ध्य या विक्षनरी: तीन या अधिक पक्षों से अनुप्रस्थ होता है।

कुछ नंबर
उच्च शक्ति वाले लेजर डायोड को एक दूसरे के बगल में कई एकल पट्टी लेजर डायोड के साथ स्तंभ के रूप में गढ़ा जाता है।

प्रत्येक एकल पट्टी डायोड में सामान्यतः सक्रिय मात्रा होती है: और अगले लेजर डायोड के लिए पूरे स्तंभ (100 से 200) µm दूरी के लिए शीतलन तकनीक पर निर्भर करता है।

तीव्र अक्ष के साथ डायोड का अंतिम फलक 1 µm ऊंचाई की पट्टी पर प्रतिबिम्बित किया जा सकता है। लेकिन धीमी धुरी के साथ अंतिम फलक को 100 सूक्ष्ममीटर से छोटे क्षेत्र में चित्रित किया जा सकता है। यह छोटे विचलन (इसलिए नाम: 'धीमा अक्ष') के कारण होता है जो गहराई से चौड़ाई के अनुपात द्वारा दिया जाता है। उपरोक्त संख्याओं का उपयोग करके तेज़ अक्ष को 5 सूक्ष्ममीटर चौड़े स्थान पर चित्रित किया जा सकता है।

एक किरण प्राप्त करने के लिए जो दोनों धुरी में समान अपसारित है, 5 लेजर डायोड से बने स्तंभ के अभिप्राय फलक, 5मिमी x 1 मिमी के आकार के साथ 5 बिन्दु वाले प्रतिबंब तल पर 4 (बेलनाकार) बेलनाकार लेंस के माध्यम से चित्रित किए जा सकते हैं। कम भिन्नता किरण के लिए इस बड़े आकार की आवश्यकता होती है। कम विचलन उपाक्षीय दृग्विद्या की अनुमति देता है, जो अल्पमूल्य है, और जिसका उपयोग न केवल एक बिन्दु उत्पन्न करने के लिए किया जाता है, बल्कि लेजर स्फटिक (लंबाई = 50 मिमी) के अंदर एक लंबी किरण कमर होती है, जिसे इसके अंतिम चेहरों के माध्यम से उदँचन किया जाता है।

साथ ही उपाक्षीय स्तिथि में सोने या तांबे के दर्पणों या कांच के वर्णक्रम का उपयोग करके धब्बों को एक दूसरे के ऊपर रखना और 5 x 5 मिमी किरण परिच्छेदिका प्राप्त करना बहुत आसान है। (गोलाकार) लेंस की एक दूसरी जोड़ी लेजर स्फटिक के अंदर इस वर्गाकार किरण परिच्छेदिका की छवि बनाती है।

अंत में लेजर डायोड में 0.001 मिमी³ सक्रिय आयतन एक Nd: YVO4 स्फटिक में 1250 मिमी³ को संतृप्त करने में सक्षम है।

सामान्य डीपीएसएसएल प्रक्रियाएं
उपयोग में आने वाला सबसे सामान्य डीपीएसएसएल 532 एनएम तरंग दैर्ध्य ग्रीन लेजर संकेतक है। एक शक्तिशाली (>200 मिलीवाट) 808 एनएम तरंग दैर्घ्य अवरक्त GaAlAs लेजर डायोड एक नियोडिमियम-अपमिश्रित ईट्रियम एल्यूमीनियम गार्नेट (एनडी:YAG) या एक नियोडिमियम-अपमिश्रित येट्रियम ऑर्थोवनाडेट (एनडी:वाईवीओ4) को उदँचन करता है। स्फटिक जो नीयोडिमियम आयन के मुख्य वर्णक्रमीय संक्रमण से 1064 एनएम तरंग दैर्ध्य प्रकाश उत्पन्न करता है। फिर इस प्रकाश को पोटेशियम टिटानिल फॉस्फेट स्फटिक में एक अरैखिक प्रकाशिकी प्रक्रिया का उपयोग करके आवृत्ति दोगुनी कर दी जाती है, जिससे 532 एनएम प्रकाश उत्पन्न होता है। ग्रीन डीपीएसएसएल सामान्यतः लगभग 20% कुशल होते हैं, हालांकि कुछ लेजर 35% दक्षता तक पहुंच सकते हैं। दूसरे शब्दों में, 2.5 W उदँचन डायोड का उपयोग करने वाले एक हरे रंग के DPSSL से 532 एनएम प्रकाश के लगभग 500-900 mW के उत्पादन की उम्मीद की जाएगी।

इष्टतम स्थितियों में, एनडी: वाईवीओ4 60% की रूपांतरण दक्षता है, जबकि केटीपी की रूपांतरण दक्षता 80% है। दूसरे शब्दों में, एक ग्रीन डीपीएसएसएल सैद्धांतिक रूप से 48% की समग्र दक्षता रख सकता है।

बहुत उच्च उत्पादन शक्तियों के परिक्षेत्र में, केटीपी स्फटिक दृक् क्षति के लिए अतिसंवेदनशील हो जाता है। इस प्रकार, उच्च शक्ति वाले डीपीएसएसएल में सामान्यतः एक बड़ा किरण व्यास होता है, क्योंकि 1064 एनएम लेजर केटीपी स्फटिक तक पहुंचने से पहले विस्तारित होता है, जिससे अवरक्त प्रकाश से विकिरण कम हो जाता है। कम किरण व्यास को बनाए रखने के लिए, लिथियम त्रिमुखकी (एलबीओ) जैसे उच्च क्षति सीमा वाले स्फटिक का उपयोग इसके स्थान पर किया जाता है।

नीला डीपीएसएसएल लगभग समान प्रक्रिया का उपयोग करते हैं, इसको छोड़कर कि 808 एनएम प्रकाश को एनडी: वाईएजी स्फटिक द्वारा 946 एनएम प्रकाश में परिवर्तित किया जा रहा है (उसी एनडी-अपमिश्रित स्फटिक में नियोडिमियम की इस गैर-प्रमुख वर्णक्रमीय रेखा का चयन), जिसे तब बीटा बेरियम बोरेट (BBO) क्रिस्टल या LBO क्रिस्टल द्वारा आवृत्ति-दोगुनी करके 473 nm कर दिया जाता है। सामग्रियों के कम लाभ के कारण, नीला लेसर अपेक्षाकृत शक्तिहीन होते हैं, और केवल लगभग 3-5% कुशल होते हैं। 2000 के दशक के अंत में, यह पता चला कि बिस्मुथि त्रिवरात (BiBO) स्फटिक BBO या LBO की तुलना में अधिक कुशल थे और आर्द्रताग्राही होने की हानि नहीं है, जो नमी के संपर्क में आने पर स्फटिक को ख़राब कर देता है।

पीले डीपीएसएसएल एक और भी जटिल प्रक्रिया का उपयोग करते हैं: एक 808 एनएम उदँचन डायोड का उपयोग 1,064 एनएम और 1,342 एनएम प्रकाश उत्पन्न करने के लिए किया जाता है, जो 593.5 एनएम बनने के समानांतर में योग किए जाते हैं। उनकी जटिलता के कारण, अधिकांश पीले डीपीएसएसएल केवल लगभग 1% कुशल हैं, और सामान्यतः प्रति इकाई बिजली अधिक महंगी होती है।

एक अन्य विधि 1,064 और 1,319 एनएम प्रकाश उत्पन्न करना है, जिसका योग 589 एनएम है। यह प्रक्रिया अधिक कुशल है, लगभग 3% उदँचन डायोड की शक्ति को पीली रोशनी में परिवर्तित किया जा रहा है।

डायोड लेजर से तुलना
DPSSLs और डायोड लेज़र दो सबसे सामान्य प्रकार के घन-अवस्था लेज़र हैं। हालांकि, दोनों प्रकार के अपने लाभ और हानि हैं।

डीपीएसएसएल में सामान्यतः उच्च किरण गुणवत्ता होती है और अपेक्षाकृत अच्छी किरण गुणवत्ता बनाए रखते हुए बहुत उच्च शक्तियों तक पहुंच सकते हैं। क्योंकि डायोड द्वारा उदँचन किया गया स्फटिक अपने स्वयं के लेजर के रूप में कार्य करता है, प्रक्षेपण किरण की गुणवत्ता निविष्ट किरण से स्वतंत्र होती है। इसकी तुलना में, डायोड लेजर केवल कुछ सौ मिलीवाट तक ही पहुंच सकते हैं जब तक कि वे कई अनुप्रस्थ विधि में काम नहीं करते। इस तरह के बहु-विधि लेसरों में एक बड़ा किरण व्यास और एक बड़ा विचलन होता है, जो प्रायः उन्हें कम वांछनीय बनाता है। वस्तुतः, दृस्टि सम्बन्धी अभियान जैसे कुछ अनुप्रयोगों में एकल-विधि संचालन आवश्यक है।

दूसरी ओर, डायोड लेजर अल्पमूल्य और अधिक ऊर्जा दक्ष होते हैं। चूंकि डीपीएसएसएल स्फटिक 100% कुशल नहीं हैं, आवृत्ति परिवर्तित होने पर कुछ शक्ति खो जाती है। DPSSL भी तापमान के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं और केवल एक छोटी सी सीमा के भीतर ही बेहतर ढंग से काम कर सकते हैं। अन्यथा, लेज़र स्थिरता के विषयों से ग्रस्त होगा, जैसे कि विधि के बीच रुकना और प्रक्षेपण ऊर्जा में बड़े उतार-चढ़ाव। DPSSL को अधिक जटिल निर्माण की भी आवश्यकता होती है।

डायोड लेसरों को भी डीपीएसएसएल की तुलना में अधिक आवृत्ति के साथ सटीक रूप से संशोधित किया जा सकता है।

नियोडिमियम-अपमिश्रित घन अवस्था लेसर औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए पसंद का लेजर स्रोत बना हुआ है। 885-एनएम (अधिक पारंपरिक व्यापक 808-एनएम पट्टी के स्थान पर) पर ऊपरी एनडी लेजर स्तर का प्रत्यक्ष उदँचन लेज़िंग परिमाण न्यूनता में कमी के माध्यम से बेहतर प्रदर्शन की क्षमता प्रदान करता है, जिससे प्रणाली दक्षता में सुधार होता है, शीतलन आवश्यकताओं को कम करता है, और आगे TEM00 ऊर्जा प्रवर्धन को सक्षम करना। एनडी: वाईएजी में संकीर्ण 885-एनएम अवशोषण सुविधा के कारण, कुछ प्रणाली तरंग तरंग दैर्घ्य-वर्जित डायोड उदँचन स्रोतों के उपयोग से लाभान्वित हो सकते हैं, जो उदँचन उत्सर्जन वर्णक्रम को संकीर्ण और स्थिर करने के लिए सेवा प्रदान करते हैं ताकि इसे इस अवशोषण सुविधा के साथ निकटता से जोड़ा जा सके। अब तक, उच्च शक्ति डायोड लेजर अभिबंधन योजनाएं जैसे कि आंतरिक वितरित प्रतिक्रिया ब्रैग झंझरी और बाहरी रूप से संरेखित आयतन होलोग्राफिक झंझरी दृग्विद्या, वीएचजी, को व्यापक रूप से लागू नहीं किया गया है क्योंकि प्रौद्योगिकी की लागत में वृद्धि हुई है और प्रदर्शन दंड का अनुमान लगाया गया है। हालांकि, स्थिर डायोड उदँचन स्रोतों के निर्माण में हालिया प्रगति जो बाहरी तरंगदैर्ध्य अभिबंधन का उपयोग करती है, अब शक्ति और दक्षता पर कम-से-कोई प्रभाव के साथ बेहतर वर्णक्रमीय गुणों का प्रस्ताव रखता है। इस दृष्टिकोण के लाभों में लेजर दक्षता, वर्णक्रमीय लाइनविड्थ और पंपन दक्षता में सुधार सम्मिलित हैं।

बाहरी संबंध

 * सैम का लेजर FAQ