सॉलिड-स्टेट लेजर क्या हैं?

सॉलिड-स्टेट लेजरएक लेजर है जिसका प्रकाश उत्सर्जक माध्यम एक ठोस पदार्थ होता है, आमतौर पर एक क्रिस्टल या कांच, जो तरल या गैस के बजाय दुर्लभ पृथ्वी या संक्रमण धातु आयनों से डोप किया जाता है।

सॉलिड-स्टेट लेजर, डोपेंट की पसंद और क्रिस्टल या ग्लास की संरचना के आधार पर, पराबैंगनी (यूवी) से लेकर इन्फ्रारेड (आईआर) तक, तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला में लेजर प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। विशिष्ट लेजर डिज़ाइन, गेन मीडियम और पंपिंग तंत्र के आधार पर आउटपुट पावर मिलीवाट (mW) से लेकर कई वाट (W) या इससे भी अधिक हो सकती है।

सॉलिड-स्टेट लेज़र मुख्य रूप से दो भागों से बने होते हैं: एक ठोस होस्ट सामग्री और होस्ट सामग्री में डोप किए गए सक्रिय आयन। सक्रिय आयनों में विशिष्ट गुण होने चाहिए, जैसे तेज प्रतिदीप्ति रेखाएं, व्यापक अवशोषण बैंड और वांछित तरंग दैर्ध्य पर उच्च क्वांटम दक्षता। दूसरी ओर, मेजबान सामग्री में ताकत, फ्रैक्चर प्रतिरोध, उच्च तापीय चालकता और ऑप्टिकल गुणवत्ता जैसे गुण होने चाहिए।

दुर्लभ पृथ्वी आयनों के साथ डोपिंग के बाद, कांच और क्रिस्टलीय सामग्री दोनों इन वांछित गुणों को प्रदर्शित करते हैं। उपयुक्त मेजबान सामग्रियों में सिलिकेट ग्लास, फॉस्फेट ग्लास और विभिन्न क्रिस्टलीय सामग्री जैसे गार्नेट, एल्यूमिनेट, मेटल ऑक्साइड, फ्लोराइड, मोलिब्डेट, टंगस्टेट आदि शामिल हैं। आम तौर पर उपयोग किए जाने वाले सक्रिय आयनों में दुर्लभ पृथ्वी आयन जैसे नियोडिमियम, एर्बियम और होल्मियम भी शामिल हैं। क्रोमियम, टाइटेनियम और निकल जैसी संक्रमण धातुओं के रूप में।

कुछ प्रसिद्ध सॉलिड-स्टेट लेज़रों में रूबी लेज़र, Nd:YAG लेज़र, Nd:ग्लास लेज़र, Nd:Cr:GSGG लेज़र, एर:ग्लास लेज़र, अलेक्जेंड्राइट लेज़र, और टाइटेनियम:सैफायर लेज़र शामिल हैं।

सॉलिड-स्टेट लेजर या तो निरंतर तरंग (सीडब्ल्यू) मोड में काम कर सकते हैं, जो निरंतर लेजर आउटपुट उत्पन्न करता है, या स्पंदित मोड, जो उच्च-शक्ति लेजर प्रकाश की छोटी दालों का उत्पादन करता है।

सॉलिड-स्टेट लेज़रों का निर्माण

सॉलिड-स्टेट लेजर बनाने के लिए, आर्क लैंप या फ्लैश लैंप के पास एक लेजर रॉड स्थापित करने की आवश्यकता होती है। लैंप ट्यूब एक शक्ति स्रोत से जुड़ा है। लेजर रॉड और लैंप ट्यूब एक परावर्तक से घिरे हुए समानांतर में व्यवस्थित होते हैं। लेज़र कैविटी के दोनों सिरों पर एक उच्च परावर्तक दर्पण और एक आउटपुट कपलर रखा जाता है। अतिरिक्त गर्मी को हटाने के लिए, लेजर को एक परिसंचरण प्रणाली का उपयोग करके ठंडा किया जाता है, आमतौर पर ठंडा पानी या ग्लाइकोल मिश्रण का उपयोग किया जाता है।

ठोस-अवस्था लेजर ऊर्जा आरेख
सॉलिड-स्टेट लेज़रों द्वारा उपयोग किया जाने वाला सक्रिय माध्यम एक ठोस पदार्थ है। आम तौर पर, सभी ठोस-अवस्था वाली सामग्रियों को वैकल्पिक रूप से पंप किया जाता है, अर्थात, एक प्रकाश स्रोत को ऊर्जा स्रोत के रूप में उपयोग किया जाता है और लाभ माध्यम पर लागू किया जाता है। पंप ऊर्जा को अवशोषित करने के बाद, लाभ माध्यम में इलेक्ट्रॉन उच्च ऊर्जा स्तर तक उत्साहित होते हैं। उत्तेजित अवस्था में, कुछ इलेक्ट्रॉन उच्च ऊर्जा स्तर से एक विशिष्ट हस्तांतरणीय ऊर्जा स्तर तक छलांग लगा देंगे।

अन्य उत्तेजित अवस्थाओं की तुलना में, क्षणिक अवस्था का जीवनकाल लंबा होता है, इसलिए यह ऊर्जा का भंडारण और संचय कर सकती है। जब क्षणिक अवस्था में इलेक्ट्रॉन वापस जमीनी अवस्था में बदल जाता है, तो एक विशिष्ट ऊर्जा और तरंग दैर्ध्य वाला एक फोटॉन निकलता है। इस प्रक्रिया को उत्तेजित उत्सर्जन कहा जाता है और सुसंगत प्रकाश उत्पन्न होता है।

उत्पन्न फोटॉन लेजर गुहा में दर्पणों या अन्य परावर्तक तत्वों के बीच कई बार प्रतिबिंबित होते हैं। यह फीडबैक तंत्र उत्तेजित उत्सर्जन को बढ़ाता है और एक तीव्र लेजर बीम उत्पन्न करता है। प्रवर्धित आंशिक किरण लेज़र आउटपुट बनाने के लिए आंशिक परावर्तकों में से एक के माध्यम से निकल जाती है।

आउटपुट बीम में आमतौर पर एक संकीर्ण लाइनविड्थ होती है, जो क्षणिक अवस्था और जमीनी अवस्था के बीच ऊर्जा अंतर से संबंधित एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्य की विशेषता होती है।

सॉलिड-स्टेट लेजर के लाभ:
1. सॉलिड-स्टेट लेज़रों में आम तौर पर गैस लेज़रों की तुलना में भौतिक हानि का अनुभव नहीं होता है क्योंकि लेज़र माध्यम ठोस अवस्था में होता है। ठोस-अवस्था वाले लेजर में सक्रिय माध्यम, जैसे कि क्रिस्टल या ग्लास, अपनी संरचना को बनाए रखता है और ऑपरेशन के दौरान उपभोग या ख़त्म नहीं होता है।
3. सॉलिड-स्टेट लेज़र निरंतर और स्पंदित आउटपुट दोनों उत्पन्न कर सकते हैं।
4. इनका निर्माण अपेक्षाकृत सरल है।
सॉलिड-स्टेट लेज़रों के नुकसान:
1. सॉलिड-स्टेट लेज़र इनपुट ऊर्जा को लेज़र आउटपुट में परिवर्तित करने में कम कुशल होते हैं।
2. लेजर बीम का विचलन स्थिर नहीं है और 1 मिलिराडियन और 20 मिलिराडियन के बीच भिन्न हो सकता है।
3. लेजर रॉड के अधिक गर्म होने पर बिजली की हानि हो सकती है।

सॉलिड-स्टेट लेज़रों के अनुप्रयोग:
सॉलिड-स्टेट लेज़रों के विभिन्न क्षेत्रों में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है। स्पेक्ट्रोस्कोपी और दूरसंचार के अलावा, ठोस-अवस्था लेजर के अनुप्रयोग भी शामिल हैं
सामग्री प्रसंस्करण: सॉलिड-स्टेट लेजर का उपयोग व्यापक रूप से धातु, प्लास्टिक, सिरेमिक और कंपोजिट जैसी विभिन्न सामग्रियों को काटने, ड्रिलिंग, वेल्डिंग और उत्कीर्णन के लिए किया जाता है। वे अत्यधिक सटीक हैं और मैक्रो और माइक्रो प्रोसेसिंग दोनों कार्यों को संभाल सकते हैं।
मेडिकल और बायोमेडिकल: इन लेज़रों का उपयोग लेजर सर्जरी, त्वचाविज्ञान (जैसे टैटू हटाना), नेत्र विज्ञान (जैसे दृष्टि सुधार), दंत चिकित्सा और सौंदर्य प्रसाधन जैसी चिकित्सा प्रक्रियाओं में किया जाता है। वे आस-पास के क्षेत्रों को न्यूनतम क्षति के साथ ऊतकों को सटीक रूप से लक्षित और अलग कर सकते हैं।
वैज्ञानिक अनुसंधान: वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए महत्वपूर्ण उपकरण, जिसमें स्पेक्ट्रोस्कोपी, प्रतिदीप्ति इमेजिंग, कण त्वरण और अल्ट्राफास्ट घटना का अध्ययन शामिल है। वे सामग्री और मूलभूत भौतिक और रासायनिक प्रक्रियाओं के अध्ययन के लिए सटीक नियंत्रणीय प्रकाश स्रोत प्रदान करने में सक्षम हैं।
रक्षा और सुरक्षा: इन लेज़रों का उपयोग रक्षा और सुरक्षा अनुप्रयोगों में किया जाता है, जिसमें लेज़र लक्ष्य डिज़ाइनर, रेंज फाइंडिंग, निर्देशित ऊर्जा हथियार और लेज़र काउंटरमेशर्स शामिल हैं। वे सैन्य, एयरोस्पेस और सुरक्षा उपयोगों के लिए सटीक और शक्तिशाली प्रकाश स्रोत प्रदान करते हैं।
दूरसंचार: सॉलिड-स्टेट लेजर फाइबर-ऑप्टिक संचार प्रणालियों में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, जो उच्च डेटा दरों पर लंबी दूरी पर सिग्नल प्रसारित करने के लिए ऑप्टिकल एम्पलीफायरों और प्रकाश स्रोतों के रूप में कार्य करते हैं।

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