निकट-अवरक्त से मध्य-अवरक्त ट्यून करने योग्य लेजर चयन योजना

इस लेख का उद्देश्य निकट-अवरक्त से मध्य-अवरक्त प्रकाश स्रोतों का चयन करते समय कुछ विचारों और कार्यक्रम सुझावों पर चर्चा करना है। यह लेख मुख्य रूप से ऑप्टिकल पैरामीट्रिक ऑसिलेटर्स (ओपीओ), ऑप्टिकल पैरामीट्रिक एम्पलीफायर्स (ओपीए), क्वांटम कैस्केड लेजर और सुपरकॉन्टिनम प्रकाश स्रोतों की चार प्रमुख श्रेणियों का संक्षेप में परिचय और तुलना करता है।

1.विभिन्न वर्णक्रमीय श्रेणी परिभाषाएँ

सामान्यतया, जब लोग अवरक्त प्रकाश स्रोतों के बारे में बात करते हैं, तो वे ~700-800 एनएम (दृश्यमान तरंगदैर्घ्य सीमा की ऊपरी सीमा) से अधिक निर्वात तरंगदैर्घ्य वाले प्रकाश का उल्लेख करते हैं।

इस विवरण में विशिष्ट तरंग दैर्ध्य निचली सीमा को स्पष्ट रूप से परिभाषित नहीं किया गया है क्योंकि मानव आंख की अवरक्त की धारणा चट्टान पर कटने के बजाय धीरे-धीरे कम हो जाती है।

उदाहरण के लिए, मानव आंख के लिए 700 एनएम पर प्रकाश की प्रतिक्रिया पहले से ही बहुत कम है, लेकिन यदि प्रकाश पर्याप्त मजबूत है, तो मानव आंख 750 एनएम से अधिक तरंग दैर्ध्य वाले कुछ लेजर डायोड द्वारा उत्सर्जित प्रकाश को भी देख सकती है, जो अवरक्त भी बनाता है लेजर एक सुरक्षा जोखिम है। --भले ही यह मानव आंखों के लिए बहुत उज्ज्वल न हो, इसकी वास्तविक शक्ति बहुत अधिक हो सकती है।

इसी प्रकार, इन्फ्रारेड प्रकाश स्रोत की निचली सीमा सीमा (700~800 एनएम) की तरह, इन्फ्रारेड प्रकाश स्रोत की ऊपरी सीमा परिभाषा सीमा भी अनिश्चित है। सामान्यतया, यह लगभग 1 मिमी है।

यहाँ इन्फ्रारेड बैंड की कुछ सामान्य परिभाषाएँ दी गई हैं:

——निकट-अवरक्त वर्णक्रमीय क्षेत्र (जिसे आईआर-ए भी कहा जाता है), रेंज ~750-1400 एनएम।
इस तरंग दैर्ध्य क्षेत्र में उत्सर्जित लेजर शोर और मानव नेत्र सुरक्षा समस्याओं से ग्रस्त हैं, क्योंकि मानव नेत्र फोकसिंग फ़ंक्शन निकट-अवरक्त और दृश्य प्रकाश श्रेणियों के साथ संगत है, ताकि निकट-अवरक्त बैंड प्रकाश स्रोत को प्रसारित और केंद्रित किया जा सके। उसी तरह से संवेदनशील रेटिना, लेकिन निकट-अवरक्त बैंड प्रकाश सुरक्षात्मक ब्लिंक रिफ्लेक्स को ट्रिगर नहीं करता है। परिणामस्वरूप, असंवेदनशीलता के कारण अत्यधिक ऊर्जा से मानव आँख की रेटिना क्षतिग्रस्त हो जाती है। इसलिए, इस बैंड में प्रकाश स्रोतों का उपयोग करते समय आंखों की सुरक्षा पर पूरा ध्यान देना चाहिए।

——लघु तरंग दैर्ध्य अवरक्त (SWIR, IR-B) की सीमा 1.4-3 μm से होती है।
यह क्षेत्र आँखों के लिए अपेक्षाकृत सुरक्षित है क्योंकि यह प्रकाश रेटिना तक पहुँचने से पहले ही आँख द्वारा अवशोषित कर लिया जाता है। उदाहरण के लिए, फाइबर ऑप्टिक संचार में उपयोग किए जाने वाले एर्बियम-डॉप्ड फाइबर एम्पलीफायर इस क्षेत्र में काम करते हैं।
——मिड-वेव इन्फ्रारेड (MWIR) रेंज 3-8 μm है।
क्षेत्र के कुछ हिस्सों में वातावरण मजबूत अवशोषण दर्शाता है; इस बैंड में कई वायुमंडलीय गैसों की अवशोषण रेखाएँ होंगी, जैसे कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) और जल वाष्प (H2O)। इसके अलावा, क्योंकि कई गैसें इस बैंड में मजबूत अवशोषण प्रदर्शित करती हैं। मजबूत अवशोषण विशेषताएं इस वर्णक्रमीय क्षेत्र को वायुमंडल में गैस का पता लगाने के लिए व्यापक रूप से उपयोग करती हैं।

——लॉन्ग वेव इंफ्रारेड (LWIR) रेंज 8-15 μm है।
——अगला सुदूर अवरक्त (एफआईआर) है, जिसकी सीमा 15 μm-1 मिमी से होती है (लेकिन 50 μm से शुरू होने वाली परिभाषाएँ भी हैं, आईएसओ 20473 देखें)। यह वर्णक्रमीय क्षेत्र मुख्य रूप से थर्मल इमेजिंग के लिए उपयोग किया जाता है।
इस लेख का उद्देश्य निकट-अवरक्त से मध्य-अवरक्त प्रकाश स्रोतों के साथ ब्रॉडबैंड ट्यून करने योग्य तरंग दैर्ध्य लेजर के चयन पर चर्चा करना है, जिसमें उपरोक्त लघु-तरंग दैर्ध्य अवरक्त (एसडब्ल्यूआईआर, आईआर-बी, 1 से लेकर) शामिल हो सकते हैं। और मध्य-तरंग अवरक्त का हिस्सा (MWIR, रेंज 3-8 μm है)।

2. विशिष्ट अनुप्रयोग

इस बैंड में प्रकाश स्रोतों का एक विशिष्ट अनुप्रयोग ट्रेस गैसों में लेजर अवशोषण स्पेक्ट्रा की पहचान है (उदाहरण के लिए चिकित्सा निदान और पर्यावरण निगरानी में रिमोट सेंसिंग)। यहां, विश्लेषण मध्य-अवरक्त वर्णक्रमीय क्षेत्र में कई अणुओं के मजबूत और विशिष्ट अवशोषण बैंड का लाभ उठाता है, जो "आणविक उंगलियों के निशान" के रूप में काम करते हैं। हालाँकि इनमें से कुछ अणुओं का अध्ययन निकट-अवरक्त क्षेत्र में पैन-अवशोषण लाइनों के माध्यम से भी किया जा सकता है, क्योंकि निकट-अवरक्त लेजर स्रोतों को तैयार करना आसान है, उच्च संवेदनशीलता के साथ मध्य-अवरक्त क्षेत्र में मजबूत मौलिक अवशोषण लाइनों का उपयोग करने के फायदे हैं। .

मध्य-अवरक्त इमेजिंग में, इस बैंड में प्रकाश स्रोतों का भी उपयोग किया जाता है। लोग आमतौर पर इस तथ्य का लाभ उठाते हैं कि मध्य-अवरक्त प्रकाश सामग्री में गहराई तक प्रवेश कर सकता है और कम बिखरता है। उदाहरण के लिए, संबंधित हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग अनुप्रयोगों में, निकट-अवरक्त से मध्य-अवरक्त प्रत्येक पिक्सेल (या स्वर) के लिए वर्णक्रमीय जानकारी प्रदान कर सकता है।

फाइबर लेजर जैसे मध्य-अवरक्त लेजर स्रोतों के निरंतर विकास के कारण, गैर-धातु लेजर सामग्री प्रसंस्करण अनुप्रयोग अधिक से अधिक व्यावहारिक होते जा रहे हैं। आमतौर पर, लोग चुनिंदा सामग्रियों को हटाने के लिए कुछ सामग्रियों, जैसे पॉलिमर फिल्मों, द्वारा अवरक्त प्रकाश के मजबूत अवशोषण का लाभ उठाते हैं।

एक विशिष्ट मामला यह है कि इलेक्ट्रॉनिक और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में इलेक्ट्रोड के लिए उपयोग की जाने वाली इंडियम टिन ऑक्साइड (आईटीओ) पारदर्शी प्रवाहकीय फिल्मों को चयनात्मक लेजर एब्लेशन द्वारा संरचित करने की आवश्यकता होती है। एक अन्य उदाहरण ऑप्टिकल फाइबर पर कोटिंग्स की सटीक स्ट्रिपिंग है। ऐसे अनुप्रयोगों के लिए इस बैंड में आवश्यक शक्ति स्तर आमतौर पर लेजर कटिंग जैसे अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक बिजली के स्तर से बहुत कम है।

गर्मी चाहने वाली मिसाइलों के खिलाफ दिशात्मक अवरक्त जवाबी उपायों के लिए सेना द्वारा निकट-अवरक्त से मध्य-अवरक्त प्रकाश स्रोतों का भी उपयोग किया जाता है। चकाचौंध करने वाले अवरक्त कैमरों के लिए उपयुक्त उच्च आउटपुट पावर के अलावा, सरल नोकदार फिल्टर को अवरक्त डिटेक्टरों की सुरक्षा से रोकने के लिए वायुमंडलीय ट्रांसमिशन बैंड (लगभग 3-4 μm और 8-13 μm) के भीतर व्यापक वर्णक्रमीय कवरेज की भी आवश्यकता होती है।

ऊपर वर्णित वायुमंडलीय ट्रांसमिशन विंडो का उपयोग दिशात्मक बीम के माध्यम से मुक्त-अंतरिक्ष ऑप्टिकल संचार के लिए भी किया जा सकता है, और इस उद्देश्य के लिए कई अनुप्रयोगों में क्वांटम कैस्केड लेजर का उपयोग किया जाता है।

कुछ मामलों में, मध्य-अवरक्त अल्ट्राशॉर्ट दालों की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, कोई लेजर स्पेक्ट्रोस्कोपी में मध्य-अवरक्त आवृत्ति कॉम्ब्स का उपयोग कर सकता है, या लेज़िंग के लिए अल्ट्राशॉर्ट पल्स की उच्च शिखर तीव्रता का उपयोग कर सकता है। इसे मोड-लॉक लेजर से तैयार किया जा सकता है।

विशेष रूप से, निकट-अवरक्त से मध्य-अवरक्त प्रकाश स्रोतों के लिए, कुछ अनुप्रयोगों में तरंग दैर्ध्य या तरंग दैर्ध्य ट्यूनेबिलिटी को स्कैन करने के लिए विशेष आवश्यकताएं होती हैं, और निकट-अवरक्त से मध्य-अवरक्त तरंग दैर्ध्य ट्यून करने योग्य लेजर भी इन अनुप्रयोगों में एक अत्यंत महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

उदाहरण के लिए, स्पेक्ट्रोस्कोपी में, मध्य-अवरक्त ट्यूनेबल लेजर आवश्यक उपकरण हैं, चाहे गैस सेंसिंग, पर्यावरण निगरानी, ​​या रासायनिक विश्लेषण में। विशिष्ट आणविक अवशोषण रेखाओं का पता लगाने के लिए वैज्ञानिक लेजर की तरंग दैर्ध्य को मध्य-अवरक्त रेंज में सटीक रूप से स्थापित करने के लिए समायोजित करते हैं। इस तरह, वे रहस्यों से भरी एक कोड बुक को क्रैक करने की तरह, पदार्थ की संरचना और गुणों के बारे में विस्तृत जानकारी प्राप्त कर सकते हैं।

चिकित्सा इमेजिंग के क्षेत्र में, मध्य-अवरक्त ट्यूनेबल लेजर भी एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इनका व्यापक रूप से गैर-आक्रामक निदान और इमेजिंग प्रौद्योगिकियों में उपयोग किया जाता है। लेजर की तरंग दैर्ध्य को सटीक रूप से ट्यून करके, मध्य-अवरक्त प्रकाश जैविक ऊतक में प्रवेश कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवियां प्राप्त होती हैं। यह बीमारियों और असामान्यताओं का पता लगाने और उनका निदान करने के लिए महत्वपूर्ण है, जैसे कि एक जादुई रोशनी मानव शरीर के आंतरिक रहस्यों को देखती है।

रक्षा और सुरक्षा का क्षेत्र भी मध्य-अवरक्त ट्यूनेबल लेजर के अनुप्रयोग से अविभाज्य है। ये लेजर इन्फ्रारेड जवाबी उपायों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, खासकर गर्मी चाहने वाली मिसाइलों के खिलाफ। उदाहरण के लिए, डायरेक्शनल इन्फ्रारेड काउंटरमेजर्स सिस्टम (डीआईआरसीएम) विमान को ट्रैक किए जाने और मिसाइलों द्वारा हमला किए जाने से बचा सकता है। लेज़र की तरंग दैर्ध्य को शीघ्रता से समायोजित करके, ये सिस्टम आने वाली मिसाइलों की मार्गदर्शन प्रणाली में हस्तक्षेप कर सकते हैं और आकाश की रक्षा करने वाली जादुई तलवार की तरह तुरंत युद्ध का रुख मोड़ सकते हैं।

रिमोट सेंसिंग तकनीक पृथ्वी के अवलोकन और निगरानी का एक महत्वपूर्ण साधन है, जिसमें इन्फ्रारेड ट्यूनेबल लेजर महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। पर्यावरण निगरानी, ​​वायुमंडलीय अनुसंधान और पृथ्वी अवलोकन जैसे क्षेत्र इन लेज़रों के उपयोग पर निर्भर हैं। मध्य-अवरक्त ट्यून करने योग्य लेजर वैज्ञानिकों को वायुमंडल में गैसों की विशिष्ट अवशोषण रेखाओं को मापने में सक्षम बनाते हैं, जो जलवायु अनुसंधान, प्रदूषण निगरानी और मौसम पूर्वानुमान में मदद करने के लिए मूल्यवान डेटा प्रदान करते हैं, एक जादुई दर्पण की तरह जो प्रकृति के रहस्यों को देख सकता है।

औद्योगिक सेटिंग्स में, सटीक सामग्री प्रसंस्करण के लिए मध्य-अवरक्त ट्यूनेबल लेजर का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। लेज़रों को तरंग दैर्ध्य में ट्यून करके जो कुछ सामग्रियों द्वारा दृढ़ता से अवशोषित होते हैं, वे चयनात्मक पृथक्करण, काटने या वेल्डिंग को सक्षम करते हैं। यह इलेक्ट्रॉनिक्स, सेमीकंडक्टर और माइक्रोमशीनिंग जैसे क्षेत्रों में सटीक विनिर्माण को सक्षम बनाता है। मध्य-अवरक्त ट्यूनेबल लेजर एक बारीक पॉलिश किए गए नक्काशी वाले चाकू की तरह है, जो उद्योग को बारीक नक्काशी वाले उत्पादों को तराशने और प्रौद्योगिकी की प्रतिभा दिखाने की अनुमति देता है।

3. निकट-अवरक्त से मध्य-अवरक्त ट्यून करने योग्य लेजर उत्पाद प्रकार और चयन विशेषताएँ

कई प्रौद्योगिकियाँ निकट-अवरक्त से मध्य-अवरक्त लेज़रों का उत्पादन कर सकती हैं, जैसे प्रारंभिक टर्नरी लेड यौगिकों या चतुर्धातुक यौगिकों पर आधारित विभिन्न प्रकार के लेड साल्ट लेज़र, साथ ही सामान्य डोप्ड इंसुलेटर बल्क लेज़र, विभिन्न फ़ाइबर लेज़र और कार्बन डाइऑक्साइड गैस लेज़र। रुकिए, यहां हम कई लेजर सिद्धांत प्रौद्योगिकियों और उत्पादों पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं जिन्हें निकट-अवरक्त से मध्य-अवरक्त तक तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला में ट्यून किया जा सकता है।

①ऑप्टिकल पैरामीट्रिक ऑसिलेटर, एम्पलीफायर और जनरेटर (ओपीओ और ओपीए)

एक गैर-रेखीय आवृत्ति रूपांतरण प्रणाली में, एक निकट-अवरक्त लेजर, पंप ऑप्टिकल पैरामीट्रिक ऑसिलेटर (ओपीओ), एम्पलीफायर (ओपीए) या जनरेटर (ओपीजी) का उपयोग मध्य-अवरक्त वर्णक्रमीय क्षेत्र में निष्क्रिय प्रकाश उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है, जैसे:
नैनोसेकंड ओपीओ मध्य-अवरक्त लेजर में, क्यू-स्विच्ड लेजर का उपयोग पंप स्रोतों के रूप में किया जा सकता है। ऐसे अनुप्रयोगों के लिए उपयोग की जाने वाली सामान्य क्रिस्टलीय सामग्री जिंक जर्मेनियम फॉस्फाइड (ZGP, ZnGeP2), सिल्वर गैलियम सल्फाइड और सेलेनाइड (AgGaS2, AgGaSe2), गैलियम सेलेनाइड (GaSe) और कैडमियम सेलेनाइड (CdSe) हैं।
चूंकि इनमें से कई सामग्रियां 1 माइक्रोन क्षेत्र में अपारदर्शी हैं, इसलिए श्रृंखला में ओपीओ का उपयोग करना अक्सर आवश्यक होता है: पहला ओपीओ 1 माइक्रोन लेजर विकिरण को लंबी तरंग दैर्ध्य में परिवर्तित करता है, जिसका उपयोग वास्तविक मध्य-अवरक्त ओपीओ को पंप करने के लिए किया जाता है। उत्तरार्द्ध का संकेत और निष्क्रिय आवृत्ति दोनों मध्य-अवरक्त स्पेक्ट्रम क्षेत्र में हो सकते हैं।
1064 एनएम मोड-लॉक पिकोसेकंड एनडी: YVO4 लेजर का उपयोग OPO और LiNbO3 क्रिस्टल को सिंक्रोनाइज़ करने के लिए भी किया जा सकता है, जिससे आइडलर लाइट आउटपुट 4 μm या यहां तक ​​कि 4.5 μm तक पहुंच सकता है। इसकी तरंग दैर्ध्य सीमा मुख्य रूप से लंबी तरंग दैर्ध्य पर निष्क्रिय प्रकाश अवशोषण को बढ़ाने से बेहतर है। इसलिए, इस सिद्धांत पर आधारित ओपीओ में आमतौर पर एक अनुनाद संकेत होता है। ऐसा उपकरण आसानी से दसियों मिलीजूल में ऊर्जा के साथ पल्स उत्पन्न कर सकता है। आउटपुट तरंग दैर्ध्य सैकड़ों नैनोमीटर से अधिक ट्यून करने योग्य है।

②CWOPO

सामान्य ओपीओ के पल्स उत्तेजना की तुलना में, हाल के सीडब्ल्यूओपीओ प्रौद्योगिकी उत्पाद निम्नलिखित ढांचे के आधार पर मध्य-अवरक्त लेजर प्रदान करते हैं:

1) डीएफबी फाइबर लेजर और एम्पलीफायर;

2) डीएफबी फाइबर लेजर नियंत्रण;

3) ओपीओ ऑप्टिकल भाग और नियंत्रण;
इस प्रकार का उत्पाद मध्य-अवरक्त रेंज में 1435-4138 एनएम (6969-2416 सेमी-1) में लगातार समायोज्य आउटपुट तरंग दैर्ध्य प्रदान कर सकता है। वहीं, पल्स ओपीओ की तुलना में इस प्रकार का उत्पाद उत्कृष्ट लाइन चौड़ाई प्रदान कर सकता है। (<100 MHz). This makes it possible for such products to be optimized in applications such as infrared calibration and spectral analysis.

③क्वांटम कैस्केड लेजर

क्वांटम कैस्केड लेजर सेमीकंडक्टर लेजर के क्षेत्र में एक अपेक्षाकृत नई विकास दिशा है।

इंटर-बैंड ट्रांज़िशन पर आधारित क्वांटम कैस्केड लेज़रों और प्रारंभिक मध्य-अवरक्त अर्धचालक लेज़रों के बीच अंतर यह है कि यह इंटर-सब-बैंड ट्रांज़िशन के आधार पर काम करता है।

यह क्वांटम कैस्केड लेजर को अर्धचालक परत संरचना के विवरण को इंजीनियर करने में सक्षम बनाता है ताकि संक्रमण फोटॉन ऊर्जा (और इसलिए तरंग दैर्ध्य) को एक विस्तृत श्रृंखला में भिन्न किया जा सके। इसके अलावा, कुछ महत्वपूर्ण तरंग दैर्ध्य ट्यूनिंग रेंज (कभी-कभी केंद्रीय तरंग दैर्ध्य के 10% से अधिक) को बाहरी गुहा उपकरणों के माध्यम से भी कवर किया जा सकता है।

यद्यपि वर्तमान में इष्टतम प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए क्रायोजेनिक कूलिंग की आवश्यकता है, फिर भी कई क्वांटम कैस्केड लेजर को कमरे के तापमान पर भी लगातार संचालित किया जा सकता है। क्वांटम कैस्केड लेजर का उपयोग 1 एनएस से भी कम पल्स समय के साथ स्पंदित लेजर उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है, हालांकि शिखर शक्ति सीमित है।

शक्ति के संदर्भ में, हालांकि इसकी आउटपुट पावर अनुकूलन के माध्यम से 1 डब्ल्यू तक पहुंच सकती है, इस प्रकार के लेजर की आउटपुट पावर अभी भी सामान्य इन्फ्रारेड लेजर की तुलना में कम है। क्योंकि, क्वांटम कैस्केड लेजर के क्षेत्र में, जो मुख्य रूप से स्पेक्ट्रोस्कोपी में उपयोग किया जाता है, क्वांटम कैस्केड लेजर कम फोनन ऊर्जा के साथ संक्रमण तक सीमित हैं।

यहां कुछ सामान्य पैरामीटर और प्रकार दिए गए हैं:
सीडब्ल्यू-डीएफबी लेजर ट्यूब 800 सेमी-1-2320 सेमी-1
स्पंदित डीएफबी लेजर ट्यूब 700 सेमी-1-2350 सेमी-1
रेफ्रिजेरेटेड डीएफबी लेजर ट्यूब 645 सेमी-1-2370 सेमी-1

ओपीओ (ऑप्टिकल पैरामीट्रिक ऑसिलेटर) और क्वांटम कैस्केड मध्य-अवरक्त लेजर पीढ़ी में आमतौर पर उपयोग की जाने वाली दो प्रौद्योगिकियां हैं, और उनमें कुछ महत्वपूर्ण अनुप्रयोग अंतर हैं।

ओपीओ (ऑप्टिकल पैरामीट्रिक ऑसिलेटर, ऑप्टिकल पैरामीट्रिक ऑसिलेटर):

ओपीओ एक नॉनलाइनियर ऑप्टिकल डिवाइस है जो मध्य-अवरक्त बैंड सहित नई तरंग दैर्ध्य उत्पन्न करने के लिए नॉनलाइनियर ऑप्टिकल क्रिस्टल या ऑप्टिकल फाइबर में पैरामीट्रिक प्रक्रियाओं का उपयोग करता है। ओपीओ एक पंप प्रकाश स्रोत के माध्यम से पैरामीट्रिक दोलनों को उत्तेजित करता है, जहां थरथरानवाला में गैर-रेखीय सामग्री पंप प्रकाश को सिग्नल प्रकाश और सहायक प्रकाश में विभाजित करती है। सिग्नल प्रकाश तरंग दैर्ध्य को मध्य-अवरक्त रेंज में ट्यून किया जा सकता है, जबकि सहायक प्रकाश पंप प्रकाश स्रोत के लिए प्रतिक्रिया के रूप में कार्य करता है। ओपीओ में उच्च रूपांतरण दक्षता और व्यापक आवृत्ति ट्यूनिंग रेंज है, इसलिए इसका व्यापक रूप से मध्य-अवरक्त लेजर अनुसंधान और अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है।

अनुप्रयोग अंतर: ओपीओ आवृत्ति ट्यूनेबिलिटी की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है। पंप प्रकाश की आवृत्ति या नॉनलाइनियर क्रिस्टल की चरण मिलान स्थितियों को समायोजित करके, मध्य-अवरक्त रेंज में लगातार ट्यून करने योग्य लेजर आउटपुट प्राप्त किया जा सकता है। ओपीओ का उपयोग वर्णक्रमीय विश्लेषण, गैस का पता लगाने, बायोमेडिकल इमेजिंग और अन्य क्षेत्रों में किया जा सकता है, और यह उन अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है जिनके लिए मध्य-अवरक्त बैंड में उच्च-संवेदनशीलता विश्लेषण या सूक्ष्म इमेजिंग की आवश्यकता होती है।

क्वांटम कैस्केड:

क्वांटम कैस्केड लेजर एक सेमीकंडक्टर सुपरलैटिस संरचना पर आधारित लेजर है जो क्वांटम कैस्केड प्रक्रिया के माध्यम से मध्य-अवरक्त लेजर प्रकाश उत्पन्न करता है। क्वांटम कैस्केड लेजर में, इलेक्ट्रॉन कई ऊर्जा बैंडों के बीच चरण-दर-चरण संक्रमण प्रक्रिया के माध्यम से ऊर्जा छोड़ते हैं, जिससे लगातार ट्यून करने योग्य मध्य-अवरक्त विकिरण उत्पन्न होता है।

अनुप्रयोग अंतर: क्वांटम कैस्केड लेजर में उच्च शक्ति और संकीर्ण वर्णक्रमीय लाइनविड्थ होती है, और उच्च-रिज़ॉल्यूशन वर्णक्रमीय माप, लिडार, इन्फ्रारेड इमेजिंग और अन्य क्षेत्रों के लिए उपयुक्त होते हैं। क्वांटम कैस्केड लेजर उच्च तापमान वाले वातावरण में भी काम कर सकते हैं, इसलिए वे उन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं जिनके लिए कठोर परिस्थितियों में मध्य-अवरक्त लेजर की आवश्यकता होती है, जैसे औद्योगिक निरीक्षण, पर्यावरण निगरानी इत्यादि।

संक्षेप में, ओपीओ का उपयोग मुख्य रूप से उच्च आवृत्ति ट्यूनेबिलिटी वाले अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है, जबकि क्वांटम कैस्केड लेजर उच्च शक्ति, संकीर्ण लाइनविड्थ और उच्च तापमान के लिए अधिक उपयुक्त होते हैं।

पैरामीटर मान अंतर की विशिष्ट तुलना उत्पाद मॉडल और निर्माता के अनुसार भिन्न होती है। निम्नलिखित कुछ सामान्य पैरामीटर तुलनाओं के उदाहरण हैं:

——फ़्रीक्वेंसी ट्यूनेबिलिटी:

ओपीओ: लगातार ट्यून करने योग्य मध्य-अवरक्त लेजर आउटपुट प्राप्त किया जा सकता है, जिसकी आवृत्ति रेंज आमतौर पर सैकड़ों मेगाहर्ट्ज़ से लेकर कई गीगाहर्ट्ज़ या व्यापक होती है।

क्वांटम कैस्केड: आवृत्ति ट्यूनिंग रेंज अपेक्षाकृत संकीर्ण है, आमतौर पर दसियों से सैकड़ों मेगाहर्ट्ज़ या संकीर्ण।

——उत्पादन शक्ति और दक्षता:

ओपीओ: आउटपुट पावर आमतौर पर कई सौ मिलीवाट से लेकर कई वाट तक होती है, और रूपांतरण दक्षता 10% से अधिक तक पहुंच सकती है।

क्वांटम कैस्केड: आउटपुट पावर आमतौर पर दसियों से सैकड़ों मिलीवाट की सीमा में होती है, और रूपांतरण दक्षता 20% से अधिक तक पहुंच सकती है।

——वर्णक्रमीय लाइनविड्थ:

ओपीओ: वर्णक्रमीय लाइनविड्थ संकीर्ण है, आमतौर पर कई गीगाहर्ट्ज़ से दसियों मेगाहर्ट्ज़ की सीमा में।

क्वांटम कैस्केड: वर्णक्रमीय लाइनविड्थ अपेक्षाकृत व्यापक है, आमतौर पर दसियों गीगाहर्ट्ज़ से सैकड़ों मेगाहर्ट्ज़ की सीमा में।

--परिचालन तापमान:

ओपीओ: इसे आमतौर पर अधिक स्थिर कमरे के तापमान पर या कमरे के तापमान के करीब काम करने की आवश्यकता होती है।

क्वांटम कैस्केड: उच्च ऑपरेटिंग तापमान पर काम कर सकता है, आमतौर पर कमरे के तापमान से ऊपर, यहां तक ​​कि दसियों डिग्री सेल्सियस तक भी।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ये मान केवल सामान्य संदर्भ के लिए हैं और सभी वाणिज्यिक उत्पादों के विशिष्ट मापदंडों का प्रतिनिधित्व नहीं करते हैं। वास्तविक पैरामीटर उत्पाद मॉडल, तकनीकी प्रगति और निर्माता के डिजाइन और प्रदर्शन आवश्यकताओं पर निर्भर करते हैं। किसी विशिष्ट वाणिज्यिक उत्पाद का चयन करते समय, सटीक पैरामीटर जानकारी के लिए निर्माता द्वारा प्रदान की गई उत्पाद विनिर्देश शीट और तकनीकी दस्तावेज का संदर्भ लेना सबसे अच्छा है।

④सुपरकॉन्टिनम प्रकाश स्रोत

सुपरकॉन्टिनम पीढ़ी पर आधारित कुछ प्रकाश स्रोत हैं जो मध्य-अवरक्त बैंड के एक बड़े हिस्से तक फैले हुए हैं। ऐसा प्रकाश स्रोत कुछ मध्य-अवरक्त ऑप्टिकल फाइबर के आधार पर काम कर सकता है, जिसके माध्यम से मजबूत नॉनलाइनियर इंटरैक्शन बनाने के लिए तीव्र प्रकाश दालों को भेजा जाता है।

यदि ट्यून करने योग्य संकीर्ण लाइनविड्थ प्रकाश की आवश्यकता होती है, तो व्यापक स्पेक्ट्रम प्रकाश से वांछित वर्णक्रमीय घटकों को निकालने के लिए ट्यून करने योग्य फिल्टर का उपयोग किया जा सकता है। कुछ मामलों में, संपूर्ण स्पेक्ट्रम का उपयोग किया जाता है। एक उदाहरण ऑप्टिकल कोहेरेंस टोमोग्राफी (OCT) है। यह प्रक्रिया अक्सर छोटे तरंग दैर्ध्य बैंड पर की जाती है। हालाँकि, इस एप्लिकेशन में मध्य-अवरक्त प्रकाश का लाभ यह है कि मध्य-अवरक्त प्रकाश कम बिखरता है। छोटे तरंग दैर्ध्य बैंड की तुलना में, इसमें अधिक गहराई तक प्रवेश करने की क्षमता है।

Currently, the most popular commercial mid-infrared (mid-IR) light sources are optical parametric oscillators (OPOs) [1] and amplifiers (OPAs) [2], and quantum cascade lasers (QCLs) [3]. They have achieved very good performance and proven useful in many important applications. However, it should be noted that OPO/OPA are complex, susceptible to vibration, require frequent maintenance, and are difficult to scale up. QCLs can cover a significant emission band of ~3.5–12 μm, but they emit low output power with limited tunability per laser output wavelength. This has led to the need to find new alternative solutions for these laser sources. In this context, high-power mid-infrared supercontinuum generators appear to be of great interest, mainly due to their unique properties, the most important of which are their broad spectrum spanning thousands of nanometers, high spectral power density (>1 मेगावाट/एनएम), इसमें पारंपरिक लेजर की तुलना में व्यापक बैंडविड्थ, उच्च स्थानिक सुसंगतता, दिशात्मकता और चमक है।

⑤माइक्रो मध्य-अवरक्त प्रकाश स्रोत

वर्तमान में मध्य-अवरक्त अनुप्रयोगों के लिए फोटोनिक एकीकृत सर्किट विकसित करने के कई प्रयास हैं, जैसे कि सिलिकॉन फोटोनिक्स प्लेटफॉर्म पर आधारित। दुर्भाग्य से, एक चिप पर मध्य-अवरक्त प्रकाश स्रोत को लागू करना आसान नहीं है, जिसके कारण कई संभावित तरीकों पर शोध करना पड़ा है। एक उदाहरण प्रकाश स्रोतों को अन्य अर्धचालकों पर एकीकृत करना है, और यद्यपि यह तकनीकी कठिनाइयाँ प्रस्तुत करता है, फ्लिप-चिप बॉन्डिंग तकनीक से जुड़े उदाहरण भी हैं। एक अन्य संभावना ब्लैकबॉडी उत्सर्जकों (→ थर्मल विकिरण) या ल्यूमिनसेंट सामग्रियों को एकीकृत करना है, हालांकि इसके परिणामस्वरूप स्थानिक रूप से सुसंगत विकिरण नहीं होता है।

गैर-रेखीय आवृत्ति रूपांतरण पर आधारित अन्य विधियाँ हैं, जिनमें चार-तरंग मिश्रण या उत्तेजित रमन बिखरने के लिए केर गैर-रैखिकता का उपयोग किया जाता है। और माइक्रोरेसोनेटर का उपयोग करके, फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब्स भी उत्पन्न किए जा सकते हैं।

अलावा

निम्नलिखित कुछ मध्य-अवरक्त प्रकाश स्रोत हैं जिनका उपयोग कम बार किया जाता है। क्योंकि उनका व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है, इसलिए यहां उन पर बहुत अधिक विस्तार से चर्चा नहीं की जाएगी, जैसे कि मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर और आवृत्ति-दोगुनी CO₂ लेजर।

उपरोक्त के आधार पर, विभिन्न लेजर प्रकारों की तुलना और चयन के लिए निम्नलिखित एक संदर्भ है: