अल्ट्राफास्ट लेजर की विशेषताएं, अनुप्रयोग और बाजार की संभावनाएं
2021-08-02
वास्तव में, नैनोसेकंड, पिकोसेकंड और फेमटोसेकंड समय इकाइयाँ हैं, 1ns = 10-9s, 1ps = 10-12s, 1FS = 10-15s। यह समय इकाई लेजर पल्स की पल्स चौड़ाई का प्रतिनिधित्व करती है। संक्षेप में, एक स्पंदित लेजर इतने कम समय में आउटपुट होता है। क्योंकि इसका आउटपुट सिंगल पल्स टाइम बहुत, बहुत कम होता है, ऐसे लेज़र को अल्ट्राफास्ट लेज़र कहा जाता है। जब लेजर ऊर्जा इतने कम समय में केंद्रित हो जाएगी, तो विशाल एकल पल्स ऊर्जा और अत्यधिक उच्च शिखर शक्ति प्राप्त होगी। सामग्री प्रसंस्करण के दौरान, लंबी पल्स चौड़ाई और कम तीव्रता वाले लेजर के कारण सामग्री के पिघलने और निरंतर वाष्पीकरण (थर्मल प्रभाव) की घटना से काफी हद तक बचा जा सकेगा, और प्रसंस्करण की गुणवत्ता में काफी सुधार किया जा सकता है।
उद्योग में, लेजर को आमतौर पर चार श्रेणियों में विभाजित किया जाता है: निरंतर तरंग (सीडब्ल्यू), अर्ध निरंतर (क्यूसीडब्ल्यू), शॉर्ट पल्स (क्यू-स्विच्ड) और अल्ट्रा शॉर्ट पल्स (मोड लॉक)। मल्टीमोड सीडब्ल्यू फाइबर लेजर द्वारा प्रस्तुत, सीडब्ल्यू वर्तमान औद्योगिक बाजार के अधिकांश हिस्से पर कब्जा कर लेता है। इसका व्यापक रूप से कटिंग, वेल्डिंग, क्लैडिंग और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। इसमें उच्च फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दर और तेज़ प्रसंस्करण गति की विशेषताएं हैं। अर्ध निरंतर तरंग, जिसे लंबी पल्स के रूप में भी जाना जाता है, 10% के कर्तव्य चक्र के साथ एमएस ~ μ एस-ऑर्डर पल्स उत्पन्न कर सकता है, जो स्पंदित प्रकाश की चरम शक्ति को निरंतर प्रकाश की तुलना में दस गुना अधिक बनाता है, जो बहुत अनुकूल है ड्रिलिंग, ताप उपचार और अन्य अनुप्रयोगों के लिए। शॉर्ट पल्स एनएस पल्स को संदर्भित करता है, जिसका व्यापक रूप से लेजर मार्किंग, ड्रिलिंग, चिकित्सा उपचार, लेजर रेंजिंग, दूसरी हार्मोनिक पीढ़ी, सैन्य और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। अल्ट्राशॉर्ट पल्स को हम अल्ट्राफास्ट लेजर कहते हैं, जिसमें पीएस और एफएस का पल्स लेजर भी शामिल है।
जब लेज़र पिकोसेकंड और फेमटोसेकंड के पल्स समय के साथ सामग्री पर कार्य करता है, तो मशीनिंग प्रभाव महत्वपूर्ण रूप से बदल जाएगा। फेमटोसेकंड लेजर बालों के व्यास से छोटे स्थानिक क्षेत्र पर ध्यान केंद्रित कर सकता है, जिससे उनके चारों ओर इलेक्ट्रॉनों की जांच करने के लिए विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की तीव्रता परमाणुओं के बल से कई गुना अधिक हो जाती है, ताकि कई चरम भौतिक स्थितियों का एहसास हो सके जो मौजूद नहीं हैं पृथ्वी तथा अन्य तरीकों से प्राप्त नहीं की जा सकती। पल्स ऊर्जा में तेजी से वृद्धि के साथ, उच्च शक्ति घनत्व लेजर पल्स आसानी से बाहरी इलेक्ट्रॉनों को छील सकता है, इलेक्ट्रॉनों को परमाणुओं के बंधन से अलग कर सकता है और प्लाज्मा बना सकता है। क्योंकि लेजर और सामग्री के बीच संपर्क का समय बहुत कम है, प्लाज्मा को आसपास की सामग्रियों में ऊर्जा स्थानांतरित करने का समय मिलने से पहले ही सामग्री की सतह से अलग कर दिया गया है, जिससे आसपास की सामग्रियों पर थर्मल प्रभाव नहीं पड़ेगा। इसलिए, अल्ट्राफास्ट लेजर प्रोसेसिंग को "कोल्ड प्रोसेसिंग" के रूप में भी जाना जाता है। साथ ही, अल्ट्राफास्ट लेजर धातु, अर्धचालक, हीरे, नीलमणि, सिरेमिक, पॉलिमर, कंपोजिट और रेजिन, फोटोरेसिस्ट सामग्री, पतली फिल्म, आईटीओ फिल्म, ग्लास, सौर सेल इत्यादि सहित लगभग सभी सामग्रियों को संसाधित कर सकता है।
कोल्ड प्रोसेसिंग के फायदों के साथ, शॉर्ट पल्स और अल्ट्राशॉर्ट पल्स लेजर ने माइक्रो नैनो प्रोसेसिंग, फाइन लेजर मेडिकल ट्रीटमेंट, सटीक ड्रिलिंग, सटीक कटिंग आदि जैसे सटीक प्रसंस्करण क्षेत्रों में प्रवेश किया है। क्योंकि अल्ट्राशॉर्ट पल्स प्रसंस्करण ऊर्जा को एक छोटे से कार्य क्षेत्र में बहुत तेज़ी से इंजेक्ट कर सकता है, तात्कालिक उच्च ऊर्जा घनत्व जमाव इलेक्ट्रॉन अवशोषण और आंदोलन मोड को बदलता है, लेजर रैखिक अवशोषण, ऊर्जा हस्तांतरण और प्रसार के प्रभाव से बचाता है, और मूल रूप से इंटरैक्शन तंत्र को बदलता है लेजर और पदार्थ के बीच. इसलिए, यह नॉनलाइनियर ऑप्टिक्स, लेजर स्पेक्ट्रोस्कोपी, बायोमेडिसिन, मजबूत फील्ड ऑप्टिक्स का भी फोकस बन गया है। संघनित पदार्थ भौतिकी वैज्ञानिक अनुसंधान क्षेत्रों में एक शक्तिशाली अनुसंधान उपकरण है।
फेमटोसेकंड लेजर की तुलना में, पिकोसेकंड लेजर को प्रवर्धन के लिए दालों को चौड़ा और संपीड़ित करने की आवश्यकता नहीं होती है। इसलिए, पिकोसेकंड लेजर का डिज़ाइन अपेक्षाकृत सरल, अधिक लागत प्रभावी, अधिक विश्वसनीय है, और बाजार में उच्च-परिशुद्धता, तनाव मुक्त माइक्रो मशीनिंग के लिए सक्षम है। हालाँकि, अल्ट्रा फास्ट और अल्ट्रा स्ट्रॉन्ग लेजर विकास के दो प्रमुख रुझान हैं। चिकित्सा उपचार और वैज्ञानिक अनुसंधान में फेमटोसेकंड लेजर के भी अधिक फायदे हैं। भविष्य में फेमटोसेकंड लेजर की तुलना में अल्ट्राफास्ट लेजर की अगली पीढ़ी को तेजी से विकसित करना संभव है।
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