उच्च शक्ति का सिद्धांत और अनुप्रयोग वह-नेस लेजर

वह-नेस लेजरनिरंतर उत्पादन प्राप्त करने के लिए सबसे पहले गैस लेजर में से एक है। यह हीलियम (HE) और नियॉन (NE) गैसों के मिश्रण के निर्वहन उत्तेजना के माध्यम से 632.8 नैनोमीटर की तरंग दैर्ध्य पर स्थिर लाल लेजर आउटपुट का उत्पादन करता है।

प्रारंभिक हीलियम-नियॉन लेज़रों में केवल मिलिवाट की शक्ति थी, लेकिन उच्च बीम गुणवत्ता, अच्छे सुसंगतता और लंबे जीवन जैसे फायदों के साथ, वे जल्दी से वैज्ञानिक अनुसंधान और औद्योगिक माप के लिए मानक प्रकाश स्रोत बन गए। तकनीकी प्रगति के साथ, उच्च-शक्ति वाले हीलियम-नियोन लेज़रों (जैसे सैकड़ों मिलिवाट) को धीरे-धीरे डिस्चार्ज संरचना, गुंजयमान गुहा डिजाइन और गैस अनुपात के अनुकूलन के माध्यम से महसूस किया गया है, और सटीक मशीनिंग, इंटरफेरोमेट्री और अन्य क्षेत्रों में अनुप्रयोगों के लिए विस्तारित किया गया है। यह अभी भी गैस लेज़रों के क्लासिक प्रतिनिधियों में से एक है।

उच्च-शक्ति वाले हीलियम-नियोन लेज़रों (He-ne लेजर) का वैज्ञानिक अनुसंधान, उद्योग और चिकित्सा क्षेत्रों में उनकी उच्च स्थिरता, उत्कृष्ट बीम गुणवत्ता और लंबे जीवन के कारण अपूरणीय मूल्य है। अन्य लेज़रों की तुलना में, जैसे कि CO₂ लेज़रों (उच्च शक्ति लेकिन खराब बीम गुणवत्ता) और अर्धचालक लेजर (छोटे आकार लेकिन कम सुसंगतता), हीलियम-नियोन लेजर मोनोक्रोमैटिकिटी, दिशात्मकता और आवृत्ति स्थिरता में एक्सेल, उन्हें सटीक माप, होलोग्राफिक इमेजिंग, और ऑप्टिकल प्रयोग के लिए आदर्श प्रकाश स्रोत बनाते हैं। इसके अलावा, उनके पास एक सरल संरचना, कम रखरखाव लागत है, और एक जटिल शीतलन प्रणाली की आवश्यकता नहीं है, जो उन्हें दीर्घकालिक स्थिर संचालन के लिए उपयुक्त बनाता है। यद्यपि बिजली के मामले में ठोस या फाइबर लेज़रों के साथ प्रतिस्पर्धा करना मुश्किल है, हीलियम-नेन लेज़रों में अभी भी कम से कम मध्यम बिजली अनुप्रयोगों में अद्वितीय लाभ हैं जिनके लिए उच्च बीम गुणवत्ता की आवश्यकता होती है।

अन्य लेज़रों के साथ तुलना

उच्च-शक्ति का सिद्धांत वह-नेस लेजर
1। कार्य माध्यम:
हीलियम (HE) और हीलियम (NE) (विशिष्ट अनुपात 5: 1 ~ 10: 1) की मिश्रित गैस का उपयोग किया जाता है और एक ग्लास या क्वार्ट्ज डिस्चार्ज ट्यूब में सील किया जाता है। हीलियम परमाणु इलेक्ट्रॉन टकराव द्वारा एक मेटास्टेबल राज्य (2¹s, 2, एस। ऊर्जा स्तर) के लिए उत्साहित हैं, और फिर नियॉन परमाणु एक उच्च ऊर्जा स्तर (3S₂, 2S₂) के लिए प्रतिध्वनित ऊर्जा हस्तांतरण द्वारा उत्साहित होते हैं, जिससे जनसंख्या उलटा होता है।
2। उत्तेजित विकिरण और लेजर आउटपुट:
जब नियॉन परमाणु 3S, ऊर्जा स्तर से 2P, ऊर्जा स्तर तक संक्रमण करते हैं, तो 632.8 एनएम (लाल प्रकाश) फोटॉन जारी किए जाते हैं, जो एक स्थिर लेजर आउटपुट बनाने के लिए ऑप्टिकल गुजारा गुहा (ब्रूस्टर विंडो + उच्च चिंतनशील दर्पण) के माध्यम से प्रतिक्रिया द्वारा प्रवर्धित होते हैं।
3। पावर बूस्ट मैकेनिज्म:
Increasing the discharge current, optimizing the gas pressure (1~10 Torr) and extending the resonant cavity length (>1 एम) आउटपुट पावर बढ़ा सकता है, लेकिन थर्मल प्रभाव और मोड स्थिरता को संतुलित करने की आवश्यकता है।

उच्च-शक्ति वाले हे-ने लेज़रों की प्रमुख प्रौद्योगिकियां
1। बिजली वृद्धि के तरीके
(1) डिस्चार्ज ट्यूब संरचना का अनुकूलन

डिस्चार्ज ट्यूब की लंबाई (1 मीटर से अधिक) और व्यास (8-10 मिमी) को प्रभावी ढंग से लाभ के माध्यम की प्रभावी दूरी को प्रभावी ढंग से विस्तारित करने के लिए बढ़ाएं

बहु-चरण प्रवर्धन प्राप्त करने के लिए खंडित डिस्चार्ज ट्यूब डिजाइन को अपनाएं

डिस्चार्ज एकरूपता में सुधार करने के लिए इलेक्ट्रोड आकार (जैसे खोखले कैथोड) का अनुकूलन करें

(२) गैस पैरामीटर अनुकूलन

सटीक रूप से HE: NE मिक्सिंग अनुपात (5: 1 से 10: 1)

लाभ को संतुलित करने और शमन प्रभाव को संतुलित करने के लिए काम करने वाले गैस दबाव (1-10 torr) का अनुकूलन करें

डिस्चार्ज दक्षता में सुधार करने के लिए आर्गन (एआर) की ट्रेस मात्रा जोड़ें

(३) उत्तेजना विधि का सुधार

पारंपरिक डीसी डिस्चार्ज के बजाय आरएफ उत्तेजना (13.56MHz) का उपयोग करें

इलेक्ट्रोड स्पटरिंग संदूषण से बचने के लिए इलेक्ट्रोडलेस डिस्चार्ज प्राप्त करें

ऊर्जा युग्मन दक्षता में सुधार करें और 30% से अधिक बिजली घनत्व में वृद्धि करें

2। गर्मी अपव्यय और स्थिरता नियंत्रण
(1) थर्मल प्रबंधन प्रणाली

ग्रेडेड तापमान नियंत्रण डिजाइन: डिस्चार्ज ट्यूब निरंतर तापमान ({0। 1 डिग्री) + गुदगुदी गुहा थर्मल मुआवजा

कुशल गर्मी अपव्यय समाधान:

Water cooling (>100w/cm this गर्मी अपव्यय क्षमता)

माइक्रोचैनल एयर कूलिंग (कॉम्पैक्ट डिज़ाइन)

कम थर्मल विस्तार सामग्री का अनुप्रयोग (जैसे कि माइक्रोक्रिस्टलाइन ग्लास)

(२) आवृत्ति स्थिरीकरण प्रौद्योगिकी

सक्रिय आवृत्ति स्थिरीकरण समाधान:

ज़ेमैन फ़्रीक्वेंसी स्टेबिलाइजेशन (स्थिरता तक 10) तक)

संतृप्ति अवशोषण आवृत्ति स्थिरीकरण (आयोडीन अणु संदर्भ)

निष्क्रिय आवृत्ति स्थिरीकरण:

अल्ट्रा-लो विस्तार गुहा डिजाइन

तापमान-दबाव दोहरी पैरामीटर मुआवजा

(३) कंपन दमन

सक्रिय कंपन अलगाव मंच (स्वतंत्रता नियंत्रण का 6 डिग्री)

प्रतिध्वनित गुहा कठोर समर्थन संरचना

वास्तविक समय कंपन मुआवजा प्रणाली

उच्च-शक्ति वाले हे-ने लेज़रों के अनुप्रयोग फ़ील्ड
1। औद्योगिक क्षेत्रों में आवेदन
①high-precision विनिर्माण और प्रसंस्करण
सेमीकंडक्टर वेफर कटिंग और माइक्रोमैचिनिंग (632.8nm तरंग दैर्ध्य की उच्च स्थिति सटीकता का उपयोग करके)
सटीक अंकन प्रणाली (गर्मी-संवेदनशील सामग्री का गैर-विनाशकारी अंकन)
पतली फिल्म माप और मोटाई नियंत्रण (हस्तक्षेप माप सटीकता नैनोमीटर स्तर तक पहुंचती है)
②Engineering मापन और पता लगाना
बड़े पैमाने पर भवन संरेखण माप (पुल और सुरंग निर्माण की सीधी निगरानी)
उच्च-सटीक विस्थापन सेंसर (0 से बेहतर रिज़ॉल्यूशन। 1μM)
त्रि-आयामी आकृति विज्ञान माप (माइक्रोन-लेवल डिटेक्शन को प्राप्त करने के लिए होलोग्राफिक तकनीक के साथ संयुक्त)
③quality नियंत्रण और स्वचालन
असेंबली लाइन उत्पाद आयामों का ऑनलाइन पता लगाना
परिशुद्धता यांत्रिक विधानसभा स्थिति प्रणाली
ऑप्टिकल घटक सतह का पता लगाना (जैसे लेंस वक्रता त्रिज्या माप)
2। वैज्ञानिक अनुसंधान और चिकित्सा अनुप्रयोग
①scientific अनुसंधान
लेजर इंटरफेरोमीटर (गुरुत्वाकर्षण तरंग का पता लगाना, ऑप्टिकल प्लेटफॉर्म कंपन विश्लेषण)
होलोग्राफिक इमेजिंग सिस्टम (गतिशील होलोग्राफिक रिकॉर्डिंग और प्रजनन)
स्पेक्ट्रोस्कोपी मानक प्रकाश स्रोत (परमाणु और आणविक ऊर्जा स्तर अनुसंधान)
②biomedicine
सेल हेरफेर और इमेजिंग (कम-शक्ति लेजर चिमटी प्रौद्योगिकी)
फोटोडायनामिक थेरेपी (लक्षित ट्यूमर थेरेपी की खोज)
नेत्र शल्य चिकित्सा सहायता (रेटिना वेल्डिंग और निदान)
③medical उपकरण
प्रवाह साइटोमीटर प्रकाश स्रोत
कन्फोकल माइक्रोस्कोप रोशनी प्रणाली
लेजर एक्यूपंक्चर और फिजियोथेरेपी उपकरण
3। राष्ट्रीय रक्षा और संचार अनुप्रयोग
①detection और मार्गदर्शन
LiDAR core light source (atmospheric detection distance>10 किमी)
मिसाइल मार्गदर्शन सिमुलेशन प्रशिक्षण प्रणाली
पानी के नीचे लेजर संचार (नीले-हरे प्रकाश रूपांतरण अनुसंधान)
②space प्रौद्योगिकी
अंतर-सैटेलाइट संचार बीकन प्रकाश स्रोत
अंतरिक्ष लक्ष्य और ट्रैकिंग
गुरुत्वाकर्षण redshift प्रयोगात्मक बेंचमार्क प्रकाश स्रोत
③special अनुप्रयोग
क्वांटम संचार प्रयोगात्मक प्रकाश स्रोत
परमाणु संलयन प्रयोगात्मक प्लाज्मा निदान
उच्च-ऊर्जा भौतिकी प्रयोगात्मक सटीक समय
4। उभरते हुए आवेदन क्षेत्र
①quantum प्रौद्योगिकी
कोल्ड एटम एक्सपेरिमेंटल लेजर कूलिंग लाइट सोर्स
उपजाऊ राज्य उत्पादन प्रणाली
②new एनर्जी
फोटोवोल्टिक सामग्री विशेषताओं अनुसंधान
ईंधन कोशिका इलेक्ट्रोड प्रक्रिया अवलोकन
③environmental निगरानी
वायुमंडलीय प्रदूषक लेजर स्पेक्ट्रम का पता लगाना
महासागर तापमान क्षेत्र दूरस्थ संवेदन माप

सारांश में, हीलियम-नियोन लेजर उच्च शक्ति वाले परिदृश्यों में अपूरणीय अद्वितीय मूल्य दिखाते हैं। अन्य लेज़रों की तुलना में, हीलियम-नियोन लेजर इंटरफेरोमेट्री और होलोग्राफिक इमेजिंग जैसे अनुप्रयोगों में अद्वितीय सुसंगतता और स्थिरता प्रदान कर सकते हैं, जो अर्धचालक लेजर और ठोस-राज्य लेजर के लिए मुश्किल है।

आरएफ उत्तेजना और थर्मल प्रबंधन जैसी प्रमुख प्रौद्योगिकियों में निरंतर सफलताओं के साथ, उच्च-शक्ति वाले हीलियम-नियोन लेज़र्स को ईयूवी लिथोग्राफी का पता लगाने और स्पेस क्वांटम संचार जैसे अत्याधुनिक क्षेत्रों में अधिक भूमिका निभाएगा। फाइबर ऑप्टिक तकनीक के साथ इसका एकीकरण अत्यधिक स्थिर ट्रांसमिशन सिस्टम की एक नई पीढ़ी को जन्म दे सकता है, और बायोमेडिसिन के क्षेत्र में, पावर एन्हांसमेंट के बाद सर्जिकल एप्लिकेशन भी आगे देखने लायक हैं। नए लेज़रों से प्रतिस्पर्धा के बावजूद, हीलियम-नियोन लेज़र्स विशेष परिदृश्यों में एक अपूरणीय स्थिति बनाए रखना जारी रखेंगे, जिन्हें "चरम ऑप्टिकल प्रदर्शन की आवश्यकता है" और सटीक विज्ञान और उच्च अंत विनिर्माण के अभिनव विकास को बढ़ावा देना जारी रखेगा।

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