मध्य-अवरक्त स्पंदित फाइबर लेजर के अनुप्रयोग

मध्य-अवरक्त लेजर3μM ~ 1000μm बैंड में एक तरंग दैर्ध्य के साथ विद्युत चुम्बकीय तरंगों को संदर्भित करता है; लेजर तकनीक के क्षेत्र में, मध्य-अवरक्त को आमतौर पर 2μM ~ 5μm बैंड के रूप में परिभाषित किया जाता है। मध्य-अवरक्त लेज़रों में अद्वितीय तरंग दैर्ध्य रेंज और आणविक अवशोषण विशेषताएं होती हैं, और विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोग परिदृश्यों के लिए उपयुक्त हैं; जबकि स्पंदित फाइबर लेज़रों ने औद्योगिक प्रसंस्करण और अन्य क्षेत्रों में अपने फायदे जैसे कि उच्च बीम गुणवत्ता, अच्छी स्थिरता और कॉम्पैक्ट संरचना के साथ व्यापक अनुप्रयोग क्षमता दिखाई है।

मध्य-अवरक्त बैंड में दो मुख्य वायुमंडलीय ट्रांसमिशन विंडो (3 ~ 5 माइक्रोन और 8 ~ 12 माइक्रोन क्षेत्र) होते हैं। इन बैंडों में, वायुमंडल में मुख्य घटकों का अवशोषण बहुत कम है, इसलिए लंबी दूरी के संचरण को प्राप्त किया जा सकता है, जो रिमोट सेंसिंग, डिटेक्शन और अन्य क्षेत्रों के लिए उपयुक्त है।
मध्य-अवरक्त बैंड अधिकांश अणुओं के मौलिक कंपन अनुनाद क्षेत्र में स्थित है, और कई तरल पदार्थ, गैस और गैर-धातु सामग्री में मध्य-अवरक्त प्रकाश का मजबूत अवशोषण होता है। यह सुविधा मध्य-अवरक्त लेज़रों को वर्णक्रमीय विश्लेषण, पर्यावरण निगरानी, ​​चिकित्सा निदान और अन्य क्षेत्रों में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग बनाती है।

मध्य-अवरक्त स्पंदित फाइबर लेजर की प्रमुख प्रौद्योगिकियां
1। मध्यम चयन प्राप्त करें
① दुर्लभ पृथ्वी-डोप किए गए फाइबर:
ER ((Erbium Ion): आमतौर पर 2.7 ~ 2.8 μM बैंड में लेजर आउटपुट प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है, जो चिकित्सा, वायुमंडलीय रिमोट सेंसिंग और अन्य क्षेत्रों के लिए उपयुक्त है। इसकी ऊर्जा स्तर की संरचना इसे विशिष्ट पंपिंग स्थितियों के तहत मध्य-अवरक्त लेज़रों को उत्पन्न करने में सक्षम बनाती है।
हो (होल्मियम आयन): 2 में लेजर उत्पन्न कर सकते हैं। 0 ~ 2.1 μM बैंड, अक्सर अन्य आयनों के साथ सह-डोप किया जाता है (जैसे कि लेजर प्रदर्शन का अनुकूलन करने के लिए सह-डॉप्ड के साथ)। यह बैंड वायुमंडलीय ट्रांसमिशन विंडो में है, मानव आंखों के लिए सुरक्षित है और इसमें लेजर रडार और अन्य क्षेत्रों में अनुप्रयोग मूल्य है।
TM, (थुलियम आयन): 2.3 माइक्रोन बैंड में लेज़रों को उत्पन्न कर सकता है, जो कुछ विशिष्ट वर्णक्रमीय विश्लेषण और अनुप्रयोगों के लिए सार्थक है।
② nonlinear आवृत्ति रूपांतरण:
ओपीओ (ऑप्टिकल पैरामीट्रिक ऑसिलेटर): नॉनलाइनियर क्रिस्टल में पैरामीट्रिक प्रवर्धन प्रक्रिया के आधार पर, पंप प्रकाश की ऊर्जा को सिग्नल लाइट और आइडलर लाइट में परिवर्तित किया जाता है। उपयुक्त nonlinear क्रिस्टल और थरथरानवाला डिजाइन का चयन करके, मध्य-अवरक्त बैंड में लेजर आउटपुट प्राप्त किया जा सकता है, और एक व्यापक तरंग दैर्ध्य रेंज के भीतर ट्यूनिंग प्राप्त की जा सकती है।
DFG (उत्तेजित रमन बिखरना): रमन बिखरने के प्रभाव का उपयोग करके मध्य-अवरक्त लेजर उत्पन्न होते हैं। पंप प्रकाश के मापदंडों और रमन माध्यम की विशेषताओं को समायोजित करके, विभिन्न तरंग दैर्ध्य के मध्य-अवरक्त लेजर आउटपुट प्राप्त किए जा सकते हैं, लेकिन उच्च पंप शक्ति आमतौर पर आवश्यक है।
2। पल्स पीढ़ी तंत्र
① क्यू-स्विचिंग तकनीक:
सक्रिय क्यू-स्विचिंग: लेजर की हानि या पंप शक्ति को एक बाहरी मॉड्यूलेशन सिग्नल द्वारा नियंत्रित किया जाता है, ताकि लेजर गुहा में फोटॉन घनत्व समय-समय पर बदल जाता है, जिससे स्पंदित लेजर आउटपुट उत्पन्न होता है। उदाहरण के लिए, लेजर को दालों को उत्पन्न करने के लिए एक Acousto- ऑप्टिक न्यूनाधिक या एक इलेक्ट्रो-ऑप्टिक न्यूनाधिक जैसे घटकों का उपयोग करके संशोधित किया जाता है। यह विधि पल्स की पुनरावृत्ति आवृत्ति और पल्स चौड़ाई को सटीक रूप से नियंत्रित कर सकती है, लेकिन अतिरिक्त मॉड्यूलेशन उपकरण की आवश्यकता होती है, जिससे सिस्टम की जटिलता बढ़ जाती है।
निष्क्रिय क्यू-स्विचिंग: लेजर गुहा में फोटॉन घनत्व को संशोधित करने के लिए संतृप्त अवशोषक जैसे निष्क्रिय घटकों की नॉनलाइनियर अवशोषण विशेषताओं का उपयोग किया जाता है। जब फोटॉन घनत्व एक निश्चित सीमा तक पहुंचता है, तो संतृप्त अवशोषक के अवशोषण गुणांक में परिवर्तन होता है, जिससे लेजर गुहा का नुकसान बदल जाता है और स्पंदित लेज़रों का उत्पादन होता है। निष्क्रिय क्यू-स्विचिंग में एक सरल संरचना और कम लागत होती है, लेकिन पल्स की पुनरावृत्ति आवृत्ति और पल्स चौड़ाई को नियंत्रित करना अपेक्षाकृत मुश्किल है।
② मोड-लॉकिंग तकनीक:
सामग्री संतृप्त अवशोषण (एमएसए) मोड-लॉकिंग: ऑप्टिकल नॉनलाइनियर अवशोषण विशेषताओं के साथ सामग्री का उपयोग मोड-लॉकिंग डिवाइस के रूप में किया जाता है, जैसे कि वाणिज्यिक अर्धचालक संतृप्त अवशोषक दर्पण (SESAM) और नए नैनोमेट्रिक (जैसे ग्राफीन, कार्बन नैनोट्यूब, आदि)। इन सामग्रियों में कमजोर प्रकाश और मजबूत प्रकाश के लिए उच्च संचार के लिए मजबूत अवशोषण होता है, जिससे इंट्राकैविटी पल्स संकीर्णता और मोड-लॉक दालों को उत्पन्न करता है।
Nonlinear ध्रुवीकरण रोटेशन (NPR) मोड-लॉकिंग: ऑप्टिकल फाइबर के नॉनलाइनियर केर प्रभाव की मदद से, अलग-अलग नॉनलाइनियर चरण शिफ्ट को अलग-अलग ध्रुवीकरण दिशाओं में प्रकाश में लागू किया जाता है। इंट्राकैविटी पोलराइजेशन डिवाइस की कार्रवाई के तहत, गुंजयमान गुहा संतृप्त अवशोषण के समान विशेषताओं को प्रदर्शित करता है, जिससे मोड-लॉकिंग प्राप्त होता है। यह तकनीक बैंड गैप और सामग्री के विश्राम समय द्वारा सीमित नहीं है, इसमें क्षणिक अल्ट्राफास्ट रिकवरी विशेषताओं और उच्च मॉड्यूलेशन गहराई और क्षति सीमा है, और उच्च-शक्ति वाले फेमटोसेकंड पल्स पीढ़ी के लिए उपयुक्त है।
फ़्रीक्वेंसी शिफ्ट फीडबैक (FSF) मोड लॉकिंग: एक निश्चित फीडबैक मैकेनिज्म के माध्यम से, आउटपुट लाइट के हिस्से की आवृत्ति को स्थानांतरित कर दिया जाता है और लेजर गुहा में वापस खिलाया जाता है, एक स्थिर मोड-लॉक पल्स अनुक्रम बनाने के लिए गुहा में प्रकाश क्षेत्र के साथ बातचीत करते हैं। यह मोड लॉकिंग विधि उच्च पुनरावृत्ति आवृत्ति और दालों की संकीर्ण पल्स चौड़ाई प्राप्त कर सकती है।
3। मुख्य चुनौतियां
① थर्मल प्रबंधन:
मिड-इन्फ्रारेड पल्स फाइबर लेजर ऑपरेशन के दौरान बहुत अधिक गर्मी उत्पन्न करते हैं। यदि गर्मी को समय में और प्रभावी रूप से विघटित नहीं किया जा सकता है, तो यह लेजर प्रदर्शन गिरावट और फाइबर क्षति जैसी समस्याओं को जन्म देगा। इसलिए, कुशल गर्मी विघटन प्रौद्योगिकी और थर्मल प्रबंधन उपायों को अपनाना आवश्यक है, जैसे कि उच्च तापीय चालकता के साथ फाइबर मैट्रिक्स सामग्री का उपयोग करना, उचित गर्मी अपव्यय संरचनाओं को डिजाइन करना, और लेजर के स्थिर संचालन को सुनिश्चित करने के लिए शीतलन उपकरणों का उपयोग करना।
② फोटॉन अंधेरे प्रभाव:
उच्च-शक्ति पंपिंग स्थितियों के तहत, दुर्लभ-पृथ्वी-डोप किए गए ऑप्टिकल फाइबर में फोटॉन अंधेरे प्रभाव लेजर के प्रदर्शन और जीवन को प्रभावित करेगा। फोटॉन डार्कनिंग इस घटना को संदर्भित करता है कि जब लेजर सामग्री को मजबूत प्रकाश के साथ विकिरणित किया जाता है, तो प्रकाश उत्तेजना द्वारा उत्पन्न इलेक्ट्रॉनों को ट्रैप सेंटर द्वारा कैप्चर किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप सामग्री के अवशोषण और उत्सर्जन विशेषताओं में परिवर्तन होता है। फोटॉन डार्कनिंग प्रभाव के प्रभाव को कम करने के लिए, ऑप्टिकल फाइबर के डोपिंग एकाग्रता को अनुकूलित करने के लिए आवश्यक है, ऑप्टिकल फाइबर की तैयारी प्रक्रिया में सुधार करें, एक उपयुक्त पंप स्रोत और काम करने की स्थिति, आदि का चयन करें।
③ मध्य-अवरक्त ऑप्टिकल फाइबर सामग्री की सीमाएं:
वर्तमान में, मध्य-अवरक्त बैंड में उपयोग किए जाने वाले ऑप्टिकल फाइबर सामग्री के प्रकार सीमित हैं, और ड्राइंग प्रक्रिया, ऑप्टिकल गुणों और ऑप्टिकल फाइबर के यांत्रिक गुणों में अभी भी कुछ समस्याएं हैं। उदाहरण के लिए, हालांकि फ्लोराइड ग्लास फाइबर आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला मध्य-अवरक्त ऑप्टिकल फाइबर मैट्रिक्स सामग्री है, इसकी फोनन ऊर्जा अपेक्षाकृत अधिक है, जो लेजर की उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य सीमा को सीमित करती है; सल्फाइड ग्लास फाइबर में खराब रासायनिक स्थिरता और तैयारी में कठिनाई जैसी समस्याएं हैं। इसलिए, मध्य-अवरक्त स्पंदित फाइबर लेज़रों की विकास आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए नए मध्य-अवरक्त ऑप्टिकल फाइबर सामग्री का लगातार पता लगाना और विकसित करना आवश्यक है।

मुख्य अनुप्रयोग क्षेत्र
1। चिकित्सा और जैविक इमेजिंग
① लेजर सर्जरी
सिद्धांत: मध्य-अवरक्त लेजर (2-5 μM बैंड) को पानी के अणुओं द्वारा दृढ़ता से अवशोषित किया जा सकता है, और लगभग 70% मानव ऊतक पानी है। यह मध्य-अवरक्त लेज़रों की ऊर्जा को सतह पर केंद्रित करने की अनुमति देता है जब वे मानव ऊतक के संपर्क में आते हैं, आसपास के ऊतकों को थर्मल क्षति को कम करते हैं। उदाहरण के लिए, नेत्र सर्जरी में, इस सुविधा का उपयोग अन्य आंखों के ऊतकों को अनावश्यक नुकसान पहुंचाए बिना उच्च परिशुद्धता वाले कॉर्नियल काटने के लिए किया जा सकता है।
लाभ: पारंपरिक दृश्यमान प्रकाश या निकट-अवरक्त लेजर सर्जरी के साथ तुलना में, मध्य-अवरक्त लेजर सर्जरी में उच्च परिशुद्धता और कम थर्मल प्रभाव होते हैं, जो अधिक नाजुक सर्जिकल संचालन प्राप्त कर सकते हैं और रोगियों के दर्द और वसूली समय को कम कर सकते हैं।
② लेबल-मुक्त ऊतक इमेजिंग
सिद्धांत: उदाहरण के लिए, ऑप्टिकल कोरेंस टोमोग्राफी (OCT) तकनीक जैविक ऊतकों के उच्च-रिज़ॉल्यूशन टोमोग्राफिक इमेजिंग करने के लिए मध्य-अवरक्त लेज़रों की कम बिखरने वाली विशेषताओं का उपयोग करती है। जब मध्य-अवरक्त प्रकाश को ऊतकों पर विकिरणित किया जाता है, तो अलग-अलग गहराई पर ऊतक परतें विभिन्न तीव्रता के प्रकाश संकेतों को प्रतिबिंबित करेगी। डिटेक्टरों के माध्यम से इन संकेतों को एकत्र करने और संसाधित करके, ऊतक की एक तीन आयामी संरचनात्मक छवि का निर्माण किया जा सकता है।
लाभ: इस इमेजिंग विधि को ऊतकों के धुंधला या अंकन की आवश्यकता नहीं होती है, क्षति और रासायनिक संदूषण से बचने के लिए कि पारंपरिक धुंधला विधियां ऊतकों के लिए हो सकती हैं, और वास्तविक समय में ऊतकों की गतिशील जानकारी प्राप्त कर सकती हैं, जो शुरुआती निदान और रोगों के उपचार के लिए एक शक्तिशाली उपकरण प्रदान करती हैं।
2। पर्यावरण निगरानी और गैस संवेदन
① ट्रेस गैस का पता लगाना
सिद्धांत: कई ट्रेस गैसों (जैसे कि CO₂, CH, आदि) में मध्य-अवरक्त बैंड में विशेषता अवशोषण चोटियां हैं। गैस के नमूने पर मध्य-अवरक्त स्पंदित फाइबर फाइबर लेजर द्वारा उत्सर्जित लेजर को परीक्षण करने और ऊर्जा परिवर्तन को मापने के बाद गैस को एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्य के प्रकाश को अवशोषित करने के बाद, गैस की एकाग्रता निर्धारित की जा सकती है। उदाहरण के लिए, CO₂ में 4.26μm पर एक मजबूत अवशोषण शिखर है। इस तरंग दैर्ध्य पर लेजर ऊर्जा के क्षीणन का पता लगाकर, CO₂ की एकाग्रता का अनुमान लगाया जा सकता है।
लाभ: मध्य-अवरक्त स्पंदित फाइबर लेजर में उच्च संवेदनशीलता और उच्च संकल्प की विशेषताएं होती हैं, और यह बहुत कम सांद्रता में ट्रेस गैसों का पता लगा सकती है, जो पर्यावरणीय निगरानी, ​​औद्योगिक प्रक्रिया नियंत्रण और जलवायु परिवर्तन अनुसंधान के लिए बहुत महत्व है।
② वायुमंडलीय प्रदूषण विश्लेषण
सिद्धांत: वायुमंडल में प्रदूषक (जैसे नाइट्रोजन ऑक्साइड, सल्फाइड, आदि) में भी मध्य-अवरक्त बैंड में अलग-अलग अवशोषण विशेषताएं होती हैं। एक मध्य-अवरक्त स्पंदित फाइबर लेजर के साथ वातावरण को स्कैन करके, कई प्रदूषकों के एकाग्रता वितरण को एक साथ पाया जा सकता है। उदाहरण के लिए, वायुमंडल में विभिन्न तरंग दैर्ध्य के लेज़रों के अवशोषण का विश्लेषण करके, प्रदूषकों का एक स्थानिक वितरण मानचित्र तैयार किया जा सकता है।
लाभ: यह दूरस्थ, गैर-संपर्क माप विधि नमूनों को इकट्ठा किए बिना वायुमंडलीय प्रदूषण की जानकारी जल्दी और व्यापक रूप से प्राप्त कर सकती है, पर्यावरण संरक्षण और वायु गुणवत्ता मूल्यांकन के लिए एक कुशल साधन प्रदान करती है।
3। औद्योगिक प्रसंस्करण
① बहुलक/अर्धचालक परिशुद्धता प्रसंस्करण
सिद्धांत: मध्य-अवरक्त लेज़रों को पॉलिमर और अर्धचालक सामग्री द्वारा दृढ़ता से अवशोषित किया जा सकता है, जिससे सामग्री के अंदर आणविक बंधन टूट जाते हैं, जिससे सामग्री हटाने या संशोधन प्राप्त होता है। सटीक प्रसंस्करण प्रक्रिया के दौरान, लेजर के मापदंडों (जैसे कि पल्स चौड़ाई, ऊर्जा घनत्व, आदि) को ठीक से नियंत्रित करके, सामग्री को काटा जा सकता है, ड्रिल किया जा सकता है, उत्कीर्ण और अन्य संचालन उच्च परिशुद्धता के साथ किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, सेमीकंडक्टर चिप निर्माण में, मिड-इन्फ्रारेड लेज़रों का उपयोग सिलिकॉन वेफर्स के माइक्रो-प्रोसेसिंग को प्राप्त करने और चिप्स के एकीकरण और प्रदर्शन में सुधार करने के लिए किया जा सकता है।
लाभ: पारंपरिक यांत्रिक प्रसंस्करण या फोटोलिथोग्राफी प्रौद्योगिकी के साथ तुलना में, मध्य-अवरक्त लेजर प्रसंस्करण में गैर-संपर्क, उच्च परिशुद्धता और उच्च दक्षता के फायदे हैं, जो यांत्रिक तनाव और सामग्री को नुकसान से बच सकते हैं और उत्पाद की गुणवत्ता और विश्वसनीयता में सुधार कर सकते हैं।
② infrared पारदर्शी सामग्री काटने
सिद्धांत: कुछ इन्फ्रारेड पारदर्शी सामग्री (जैसे कि क्लॉकेनाइड ग्लास) में मध्य-अवरक्त बैंड में अच्छा संचारण होता है। जब इन सामग्रियों को मध्य-अवरक्त स्पंदित फाइबर लेजर द्वारा काट दिया जाता है, तो लेजर ऊर्जा सामग्री के अंदर अवशोषित हो जाती है और गर्मी ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, जिससे सामग्री आंशिक रूप से पिघल या वाष्पीकरण हो जाती है, जिससे कटिंग प्राप्त होती है। स्कैनिंग पथ और लेजर के मापदंडों को समायोजित करके, विभिन्न आकृतियों और आकारों के भौतिक भागों को काटा जा सकता है।
लाभ: इस काटने की विधि में चिकनी किनारों, उच्च परिशुद्धता और छोटे गर्मी प्रभावित क्षेत्र के फायदे हैं, जो उच्च-प्रदर्शन अवरक्त पारदर्शी सामग्री भागों के लिए अवरक्त ऑप्टिकल सिस्टम, एयरोस्पेस और अन्य क्षेत्रों की जरूरतों को पूरा कर सकते हैं।
4। राष्ट्रीय रक्षा और सुरक्षा
①infrared काउंटरमेशर्स
सिद्धांत: सैन्य अनुप्रयोगों में, मध्य-अवरक्त स्पंदित फाइबर लेज़रों का उपयोग उच्च शक्ति वाले इन्फ्रारेड लेजर बीमों का उत्सर्जन करने के लिए किया जा सकता है, जो दुश्मन के इन्फ्रारेड डिटेक्शन उपकरण, निर्देशित हथियारों आदि के साथ हस्तक्षेप करने या नष्ट करने के लिए, उदाहरण के लिए, लेज़रों को एक ही कामकाजी तरंगदैर्ध्य के साथ उत्सर्जित करके, जो कि दुश्मन के इन्फ्रैर्ड डिटेक्शन सिस्टम के रूप में है।
लाभ: मध्य-अवरक्त लेज़रों में अच्छी वायुमंडलीय संचरण विशेषताएं और मजबूत विरोधी हस्तक्षेप क्षमताएं होती हैं। वे प्रभावी रूप से जटिल युद्ध के मैदान के वातावरण में अवरक्त काउंटरमेशर्स को लागू कर सकते हैं और सैन्य उपकरणों की मुकाबला प्रभावशीलता और उत्तरजीविता में सुधार कर सकते हैं।
② लेजर रडार (LIDAR)
सिद्धांत: LIDAR लेजर दालों का उत्सर्जन करके और लक्ष्य द्वारा परिलक्षित संकेतों को प्राप्त करके लक्ष्य की दूरी, दिशा, ऊंचाई और अन्य जानकारी की गणना करता है। मिड-इन्फ्रारेड पल्स फाइबर लेजर अपनी छोटी दालों और उच्च शिखर शक्ति के कारण लंबी दूरी और उच्च परिशुद्धता लक्ष्य का पता लगा सकते हैं। उदाहरण के लिए, स्थलाकृतिक मानचित्रण और लक्ष्य पहचान जैसे अनुप्रयोगों में, मध्य-अवरक्त लेजर रडार अधिक विस्तृत लक्ष्य जानकारी प्राप्त कर सकता है।
लाभ: पारंपरिक माइक्रोवेव रडार की तुलना में, मध्य-अवरक्त लेजर रडार में उच्च संकल्प और सटीकता होती है, लक्ष्यों को बेहतर ढंग से पहचान और वर्गीकृत कर सकते हैं, और रक्षा टोही, स्वायत्त ड्राइविंग और अन्य क्षेत्रों में महत्वपूर्ण आवेदन संभावनाएं हैं।
③ विस्फोटकों का दूरस्थ पता लगाना
सिद्धांत: कई विस्फोटक (जैसे डायनामाइट, ड्रग्स, आदि) मध्य-अवरक्त बैंड में विशेषता स्पेक्ट्रा है। लंबी दूरी के लक्ष्यों को रोशन करने के लिए मध्य-अवरक्त पल्स फाइबर लेज़रों का उपयोग करें, लक्ष्यों द्वारा परिलक्षित वर्णक्रमीय संकेतों को एकत्र करें, और यह निर्धारित करें कि वर्णक्रमीय विशेषताओं का विश्लेषण करके विस्फोटक मौजूद हैं या नहीं। उदाहरण के लिए, सुरक्षा निरीक्षण स्थानों जैसे हवाई अड्डों और बंदरगाहों में, मध्य-अवरक्त लेजर रिमोट डिटेक्शन उपकरण का उपयोग कर्मियों और सामान का निरीक्षण करने के लिए किया जा सकता है।
लाभ: इस दूरस्थ पहचान विधि में गैर-संपर्क, तेज और सटीक के फायदे हैं। यह सामान्य संचालन को प्रभावित किए बिना संभावित सुरक्षा खतरों का समय पर पता लगा सकता है, और सार्वजनिक सुरक्षा और सामाजिक सुरक्षा सुनिश्चित कर सकता है।
5। वैज्ञानिक अनुसंधान
① अल्ट्राफास्ट स्पेक्ट्रोस्कोपी
सिद्धांत: अल्ट्राफास्ट स्पेक्ट्रोस्कोपी एक बेहद कम समय (फेमटोसेकंड, पिकोसेकंड स्तर) में पदार्थों की वर्णक्रमीय विशेषताओं में परिवर्तन का अध्ययन करता है। मिड-इन्फ्रारेड स्पंदित फाइबर लेजर बेहद कम स्पंदित लेज़रों का उत्पादन कर सकते हैं, जिसका उपयोग नमूनों को उत्तेजित करने और उनके अल्ट्राफास्ट स्पेक्ट्रल प्रतिक्रियाओं का पता लगाने के लिए किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, पंप-जांच तकनीक के माध्यम से, नमूना को एक उत्साहित राज्य का उत्पादन करने के लिए एक मध्य-अवरक्त लेजर के साथ पंप किया जाता है, और फिर एक और लेजर बीम का उपयोग अलग-अलग देरी समय पर नमूने के वर्णक्रमीय परिवर्तनों का पता लगाने के लिए किया जाता है, ताकि अल्ट्राफास्ट प्रक्रियाओं जैसे कि इलेक्ट्रॉनिक स्थिति और पदार्थ के जाली कंपन का अध्ययन किया जा सके।
लाभ: यह रसायन विज्ञान, भौतिकी और सामग्री विज्ञान जैसे क्षेत्रों के लिए एक शक्तिशाली अनुसंधान विधि प्रदान करता है, जो पदार्थों की आंतरिक संरचना और गतिशील प्रक्रिया को गहराई से समझने में मदद करता है।
② ठंड अणु हेरफेर
सिद्धांत: मध्य-अवरक्त लेजर और अणुओं के बीच बातचीत का उपयोग ठंड अणुओं को पकड़ने, स्थानांतरित करने और हेरफेर करने के लिए किया जा सकता है। लेजर की आवृत्ति, तीव्रता और चरण को ठीक से समायोजित करके, ठंड के अणुओं को कैद करने और अणुओं के गति नियंत्रण का एहसास करने के लिए एक विशिष्ट ऑप्टिकल क्षमता का गठन किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, क्वांटम कंप्यूटिंग और क्वांटम सूचना प्रसंस्करण के क्षेत्र में, क्वांटम बिट्स के संचालन को प्राप्त करने के लिए ठंड अणुओं की क्वांटम स्थिति में हेरफेर करने के लिए मध्य-अवरक्त लेजर का उपयोग किया जा सकता है।
लाभ: यह क्वांटम भौतिकी, रासायनिक भौतिकी और अन्य क्षेत्रों में अनुसंधान के लिए एक नया प्रयोगात्मक मंच प्रदान करता है, और क्वांटम कंप्यूटिंग, क्वांटम सिमुलेशन और अन्य पहलुओं में महत्वपूर्ण सफलताएं बनाने की उम्मीद है।
Attosecond दालों की पीढ़ी
सिद्धांत: नॉनलाइनियर ऑप्टिकल प्रक्रियाओं जैसे कि उच्च-क्रम हार्मोनिक पीढ़ी (एचएचजी) के माध्यम से, मध्य-अवरक्त स्पंदित फाइबर लेज़र्स एटोसेकंड स्तर (10⁻⁻⁸ सेकंड) पर अल्ट्रैशोर्ट दालों को उत्पन्न कर सकते हैं। जब मध्य-अवरक्त लेजर परमाणुओं या अणुओं के साथ बातचीत करते हैं, तो उच्च-क्रम हार्मोनिक्स उत्पन्न होते हैं। इन हार्मोनिक्स की आवृत्तियां चरम पराबैंगनी (XUV) बैंड में हैं, और उनकी नाड़ी की चौड़ाई एटोसेकंड स्तर तक पहुंच सकती है।
लाभ: यह परमाणु गति और इलेक्ट्रॉन गतिशीलता जैसी अल्ट्राफास्ट प्रक्रियाओं के अध्ययन के लिए अत्यधिक उच्च समय संकल्प प्रदान करता है, जो पदार्थ की सूक्ष्म दुनिया के रहस्यों को और प्रकट करने में मदद करता है।

सारांश में, मध्य-अवरक्त स्पंदित फाइबर लेज़रों ने चिकित्सा और जैविक इमेजिंग, पर्यावरण निगरानी और गैस संवेदन, औद्योगिक प्रसंस्करण, राष्ट्रीय रक्षा और सुरक्षा और वैज्ञानिक अनुसंधान के क्षेत्र में व्यापक अनुप्रयोग संभावनाओं और बड़ी क्षमता को दिखाया है। प्रौद्योगिकी के निरंतर विकास और सुधार के साथ, यह माना जाता है कि मध्य-अवरक्त स्पंदित फाइबर लेजर अधिक क्षेत्रों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएंगे और मानव समाज में अधिक कल्याण और प्रगति लाएंगे।

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