मल्टी-वेवलेंथ डायोड लेजर स्टैक: सिद्धांत, संयोजन रणनीतियाँ और अनुप्रयोग

डायोड लेजर स्टैकउच्च-शक्ति अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण हो गए हैं, फिर भी एकल-तरंग दैर्ध्य प्रणालियां संकीर्ण वर्णक्रमीय बैंडविड्थ और प्रतिबंधित आवेदन परिदृश्यों जैसे अंतर्निहित सीमाओं का सामना करती हैं।

मल्टी-वेवलेंथ डायोड लेजर स्टैक स्पेक्ट्रल विस्तार और पावर स्केलिंग को सक्षम करके इन चुनौतियों को संबोधित करते हैं, जो ठोस-राज्य लेजर पंपिंग, मेडिकल थेरेपी और स्पेक्ट्रोस्कोपिक सेंसिंग जैसे उन्नत उपयोगों के लिए महत्वपूर्ण हैं।

डायोड लेजर स्टैक के मूल सिद्धांत

1. सिंगल-वेवलेंथ डायोड लेजर स्टैक

• एकल-तरंग दैर्ध्य डायोड लेजर स्टैक आमतौर पर उच्च-शक्ति आउटपुट प्राप्त करने के लिए ऊर्ध्वाधर स्टैक या क्षैतिज सरणी कॉन्फ़िगरेशन में निर्मित होते हैं।
• ऊर्ध्वाधर स्टैक: कई लेजर बार को ठीक से संरेखित किया जाता है और कुशल गर्मी अपव्यय के लिए माइक्रोचैनल कूलर के साथ बंधुआ होता है, जिससे किलोवाट-स्तरीय पावर स्केलिंग सक्षम होती है।
• क्षैतिज सरणी: लेज़रों को साइड-बाय-साइड की व्यवस्था की जाती है, जिसे अक्सर चमक में सुधार करने के लिए बीम-आकार के प्रकाशिकी (जैसे, फास्ट-एक्सिस कोलिमेशन लेंस) के साथ जोड़ा जाता है।
• पावर स्केलिंग सिद्धांत: बीम की गुणवत्ता को बनाए रखते हुए, एमिटर्स (बार) की संख्या में वृद्धि और थर्मल प्रबंधन, आउटपुट पावर स्केल को रैखिक रूप से अनुकूलित करके।

2। बहु-तरंग दैर्ध्य लेज़रों का भौतिक आधार

• डायोड लेज़रों में मल्टी-वेवलेंथ उत्सर्जन बैंडगैप इंजीनियरिंग और ट्यून करने योग्य उत्सर्जन तंत्र पर निर्भर करता है:
• सेमीकंडक्टर बैंडगैप इंजीनियरिंग: अलग -अलग क्वांटम अच्छी तरह से सामग्री (जैसे, ~ 800–1000 एनएम के लिए GAAS, ~ 1300–1600 एनएम के लिए INP) का उपयोग करके, एक एकल स्टैक, 755nm 808nm 940nm 1064nm के भीतर कई तरंग दैर्ध्य उत्पन्न किए जा सकते हैं।
• तरंग दैर्ध्य ट्यूनिंग तंत्र:
• वर्तमान-निर्भर ट्यूनिंग: वाहक घनत्व प्रभावों के कारण इंजेक्शन को समायोजित करना वर्तमान शिफ्ट उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य है।
• तापमान-निर्भर ट्यूनिंग: हीटिंग\/कूलिंग सक्रिय क्षेत्र को बैंडगैप को बदल देता है, जो ठीक तरंग दैर्ध्य समायोजन को सक्षम करता है।

एक मल्टी-वेवलेंथ डायोड लेजर स्टैक में, 755nm, 808nm, 940nm, 1064nm और अन्य बैंड का संयोजन लचीले ढंग से आवेदन आवश्यकताओं (जैसे कि मेडिकल, पंपिंग, औद्योगिक प्रसंस्करण) के अनुसार डिज़ाइन किया जा सकता है।

मल्टी-वेवलेंथ डायोड लेजर स्टैक कॉम्बिनेशन:

1। सामान्य बहु-तरंग दैर्ध्य संयोजन समाधान

(१) दोहरी-तरंग दैर्ध्य संयोजन
755nm + 808 nm

आवेदन: चिकित्सा सौंदर्य (बाल हटाने, संवहनी उपचार)

शक्ति अनुपात:

755NM (1-3 बार, 50-150 w) + 808 nm (2-4 बार, 100-300 w)

विशेषताएं: 755nm लक्ष्य मेलेनिन, 808NM गहरी हीटिंग, चिकित्सीय प्रभाव को बढ़ाता है।

940nm + 1064 nm

आवेदन: लेजर पंपिंग (एनडी: YAG), औद्योगिक कटिंग

शक्ति अनुपात:

940nm (3-6 बार, 300-600 w) + 1064 nm (2-4 बार, 200-400 w)

विशेषताएं: 940NM प्रत्यक्ष पंपिंग, 1064NM ऊर्जा पूरकता, रूपांतरण दक्षता में सुधार।

(२) तीन-तरंग दैर्ध्य संयोजन
755nm + 808 nm + 1064 nm

आवेदन: मल्टीमॉडल मेडिकल ट्रीटमेंट (हेयर रिमूवल + लिपोलिसिस + जमावट)

शक्ति अनुपात:

755nm (1-2 बार, 50-100} w) + 808 nm (2-3 बार, 100-200 w) + 1064 nm (3-4} {

विशेषताएं: गहरे ऊतकों के लिए सतही को कवर करना, स्तरित उपचार प्राप्त करना।

808nm + 940 nm + 1064 nm

आवेदन: उच्च-शक्ति पंपिंग (फाइबर लेजर)

शक्ति अनुपात:

808nm (4-6 बार, 400-600} w) + 940 nm (4-6 बार, 400-600 w) + 1064 nm (2-3 बार, 200-300 w)

विशेषताएं: वाइड-स्पेक्ट्रम पंपिंग, विभिन्न प्रकार के लाभ मीडिया (जैसे कि yb, nd) से मेल खाते हैं।

(३) चार-तरंग दैर्ध्य पूर्ण-बैंड संयोजन
755NM + 808 nm + 940 nm + 1064 nm

आवेदन: वैज्ञानिक अनुसंधान, सैन्य (निर्देशित ऊर्जा), बहु-स्पेक्ट्रल प्रसंस्करण

शक्ति अनुपात:

755NM (1-2 बार, 50-100} w) + 808 nm (2-3 बार, 100-200 w) + 940 nm ({3-4 {} {} {9) { बार, 200-300 w)

विशेषताएं: पूर्ण-बैंड कवरेज, उच्च लचीलापन, लेकिन जटिल थर्मल प्रबंधन।

2। बार काउंट बनाम पावर आउटपुट

3। प्रमुख डिजाइन विचार

• तरंग दैर्ध्य रिक्ति अनुकूलन:
• स्पेक्ट्रल ओवरलैप से बचें (जैसे, 808NM और 940nm पर्याप्त रिक्ति के कारण गठबंधन करना आसान है)।
• थर्मल प्रबंधन:
• मल्टी-वेवलेंथ स्टैक को स्वतंत्र शीतलन (जैसे, माइक्रोचैनल कूलिंग + टीईसी) की आवश्यकता होती है।
• बीम गुणवत्ता:
• फास्ट-एक्सिस कोलिमेशन (एफएसी लेंस) + धीमी-अक्ष आकार को कम करने के लिए एम। कारक को कम करने के लिए।
• अनुप्रयोग-संचालित विन्यास:
• चिकित्सा: मध्यम शक्ति के साथ 755nm\/808nm पर ध्यान केंद्रित करें (<300W).
• औद्योगिक: Prioritize 940nm/1064nm with power >500W.

बहु-तरंग दैर्ध्य डायोड लेजर स्टैक के अनुप्रयोग

1। चिकित्सा और सौंदर्य अनुप्रयोग

ए) बाल हटाने की प्रणाली

तरंग दैर्ध्य संयोजन: 755nm (2 बार) + 808 nm (3 बार) + 940 nm (2 बार)

पावर आउटपुट: 350-450 w

तंत्र:

755nm: सतही उपचार के लिए बालों के रोम में मेलेनिन को लक्षित करता है

808NM: कूप स्टेम कोशिकाओं को नष्ट करने के लिए गहराई से प्रवेश करता है

940NM: दर्द में कमी के लिए आसपास के ऊतक की समान ताप प्रदान करता है

लाभ:

सभी प्रकार की त्वचा के उपचार को सक्षम करता है (FitzPatrick I-VI)

एकल-तरंग दैर्ध्य प्रणालियों की तुलना में 30% तेजी से उपचार समय

कम साइड इफेक्ट्स (एरिथेमा, ब्लिस्टरिंग) 40%

बी) संवहनी घाव उपचार

कॉन्फ़िगरेशन: 532NM (1 बार) + 755 nm (1 बार) + 1064 nm (2 बार)

पावर सेटिंग्स:

532NM @ 10-20 w (सतही जहाज)

755nm @ 30-50 w (इंटरमीडिएट गहराई)

1064nm @ 40-80 w (डीप वेसल्स)

नैदानिक लाभ:

मकड़ी की नसों का एक साथ उपचार (0।

गतिशील शीतलन एपिडर्मल क्षति को रोकता है

92% निकासी दर 2-3 सत्र के बाद

2। औद्योगिक सामग्री प्रसंस्करण

a) बहु-धातु वेल्डिंग प्रणाली

स्टैक डिजाइन:

तांबे के अवशोषण के लिए 808nm (6 बार @ 100w प्रत्येक)

स्टील\/एल्यूमीनियम के लिए 940nm (8 बार @ 120w प्रत्येक)

गहरी पैठ के लिए 1064nm (4 बार @ 150W प्रत्येक)

प्रदर्शन मेट्रिक्स:

वेल्डिंग गति: 8-12 m\/मिनट 1 मिमी स्टेनलेस स्टील के लिए

तांबे के जोड़ों के लिए गहराई-से-चौड़ाई अनुपात: 3: 1

पोरसिटी में कमी: एकल-तरंग दैर्ध्य प्रणालियों की तुलना में 60%

बी) कंपोजिट की सटीक कटिंग

तरंग दैर्ध्य मैट्रिक्स:

बहुलक मैट्रिक्स क्लीन कटिंग के लिए 355nm (2 बार)

कार्बन फाइबर विच्छेद के लिए 1064nm (4 बार)

कटिंग पैरामीटर:

Kerf चौड़ाई: 50-100 μM

HAZ (हीट प्रभावित क्षेत्र):<20μm

थ्रूपुट: मैकेनिकल कटिंग की तुलना में 5 × तेजी से

3। वैज्ञानिक और रक्षा अनुप्रयोग

ए) वायुमंडलीय संवेदन के लिए लिडार सिस्टम

स्पेक्ट्रल कॉन्फ़िगरेशन:

755NM (जल वाष्प का पता लगाना)

850NM (एरोसोल प्रोफाइलिंग)

1064NM (क्लाउड कण विश्लेषण)

पल्स विशेषताएँ:

10kHz पुनरावृत्ति दर

5NS पल्स चौड़ाई

1MJ\/पल्स ऊर्जा

पता लगाने की सीमा:

ट्रोपोस्फेरिक माप 15 किमी तक

10 सेमी ऊर्ध्वाधर संकल्प

बी) निर्देशित ऊर्जा प्रणाली

सामरिक लेजर डिजाइन:

प्रारंभिक लक्ष्य अधिग्रहण के लिए 808nm (12 बार)

थर्मल कमजोर होने के लिए 940nm (16 बार)

संरचनात्मक समझौता के लिए 1064nm (8 बार)

सगाई के पैरामीटर:

बीम की गुणवत्ता: mic <1.5

बिजली घनत्व: 5kw\/cm² 1 किमी पर

निवास का समय:<3s for 5mm steel penetration

4। उभरते हुए फोटोनिक अनुप्रयोग

a) क्वांटम कंप्यूटिंग इंटरफेस

सटीक तरंग दैर्ध्य नियंत्रण:

755.214nm ± 0। 001NM (RB परमाणु हेरफेर)

1 0 64.531nm ± 0.002nm (yb आयन पता)

स्थिरता आवश्यकताएं:

<1MHz linewidth

0। 01% बिजली का उतार -चढ़ाव

10^-6 तरंग दैर्ध्य बहाव\/घंटा

बी) बायोमेडिकल इमेजिंग

मल्टीस्पेक्ट्रल OCT सिस्टम:

755NM (एपिडर्मल लेयर इमेजिंग)

850NM (केशिका नेटवर्क विज़ुअलाइज़ेशन)

940NM (उपचर्म ऊतक मानचित्रण)

इमेजिंग प्रदर्शन:

अक्षीय संकल्प: 3μm

प्रवेश गहराई: 2.5 मिमी

ए-स्कैन दर: 200kHz

मल्टी-वेवलेंथ डायोड लेजर स्टैक लेजर तकनीक में एक महत्वपूर्ण छलांग का प्रतिनिधित्व करते हैं, जिससे चिकित्सा, औद्योगिक, वैज्ञानिक और रक्षा अनुप्रयोगों में अभूतपूर्व बहुमुखी प्रतिभा को सक्षम किया जाता है। 755nm, 808nm, 940nm, और 1064nm जैसे तरंग दैर्ध्य को संयोजित करके, ये सिस्टम एकल-तरंग दैर्ध्य लेजर की सीमाओं को पार करते हैं, बढ़ी हुई सटीक, दक्षता और अनुकूलनशीलता की पेशकश करते हैं।

चिकित्सा और सौंदर्य उपचार में, बहु-तरंग दैर्ध्य ढेर सिलवाए हुए उपचारों के लिए अनुमति देते हैं-साथ-साथ संवहनी घाव के उपचार के लिए अलग-अलग ऊतक गहराई और क्रोमोफोर्स को एक साथ लक्षित करते हैं। औद्योगिक अनुप्रयोग बेहतर सामग्री प्रसंस्करण से लाभान्वित होते हैं, जिसमें थर्मल क्षति को कम करते हुए, असमान धातुओं की उच्च गति वेल्डिंग और कंपोजिट की साफ कटिंग शामिल है। वैज्ञानिक और रक्षा प्रणाली उन्नत LIDAR संवेदन और उच्च-ऊर्जा निर्देशित अनुप्रयोगों के लिए वर्णक्रमीय विविधता का लाभ उठाती है। क्वांटम कंप्यूटिंग और बायोमेडिकल इमेजिंग जैसे उभरते हुए क्षेत्र अगली पीढ़ी की प्रौद्योगिकियों में सटीक तरंग दैर्ध्य नियंत्रण की महत्वपूर्ण भूमिका को प्रदर्शित करते हैं।

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