लेजर की शक्ति क्षीण क्यों होती है?

लेजर शक्ति का क्षीणन एक सामान्य घटना है, जो आमतौर पर कई कारकों का परिणाम होती है। इन कारणों को दो व्यापक श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: अपरिहार्य आंतरिक क्षीणन और बाहरी कारक जिन्हें धीमा किया जा सकता है या टाला जा सकता है। लेजर शक्ति क्षय के मुख्य कारण निम्नलिखित हैं, जिन्हें प्राथमिक से द्वितीयक क्रम में व्यवस्थित किया गया है:

लेजर कोर घटकों की उम्र बढ़ने और क्षति (आंतरिक क्षीणन)

यह शक्ति क्षय का मूल कारण है, खासकर उच्च शक्ति वाले लेजरों के मामले में।

1. पंप स्रोत क्षीणन (सेमीकंडक्टर लेजर एलडी को उदाहरण के रूप में लेते हुए)

काम के सिद्धांत:एलडी अधिकांश सॉलिड-स्टेट लेजर और फाइबर लेजर का "इंजन" है।

क्षीणन तंत्र:

दोष वृद्धि: एलडी चिप के अंदर मौजूद जाली दोष दीर्घकालिक विद्युत और तापीय तनाव के तहत बढ़ते और गुणा होते रहेंगे, जिसके परिणामस्वरूप गैर-विकिरणकारी पुनर्संयोजन में वृद्धि और विद्युत-प्रकाशिकीय रूपांतरण दक्षता में कमी आएगी।

गुहा की सतह को प्रकाशीय रूप से होने वाली गंभीर क्षति:अत्यधिक उच्च शक्ति घनत्व के तहत, आउटपुट कैविटी की सतह पर मौजूद छोटे-छोटे प्रदूषण या दोष लेजर प्रकाश को अवशोषित कर लेते हैं, जिससे स्थानीय ताप उत्पन्न होता है और कैविटी की सतह पिघलने लगती है, जो एक अपरिवर्तनीय हिमस्खलन प्रक्रिया है।

इलेक्ट्रोड धातुकरण का क्षरण:उच्च तापमान पर इलेक्ट्रोड और अर्धचालक पदार्थ के बीच संपर्क में अंतरधात्विक प्रसार और ऑक्सीकरण होगा, जिसके परिणामस्वरूप संपर्क प्रतिरोध में वृद्धि और अधिक गंभीर ताप उत्पन्न होगा।

प्रदर्शन:पंप स्रोत की थ्रेशोल्ड धारा धीरे-धीरे बढ़ेगी, और ढलान दक्षता कम हो जाएगी, जिसके परिणामस्वरूप आउटपुट पावर में कमी आएगी।

2. मध्यम प्रदर्शन में गिरावट प्राप्त करें

ठोस/फाइबर लेजर (जैसे YAG, YV04 क्रिस्टल, Yb/Er डोप्ड फाइबर):

रंग केंद्र निर्माण:पंप प्रकाश के दीर्घकालिक विकिरण के तहत (विशेष रूप से अल्ट्रा-अल्ट्रा-परमाणु प्रकाश के विकिरण के तहत)

(पराबैंगनी घटकों के कारण), क्रिस्टल या कांच के रेशे के अंदर "रंग केंद्र" (अवशोषण केंद्र) उत्पन्न होंगे। ये रंग केंद्र पंप प्रकाश और उत्पन्न लेजर प्रकाश को अवशोषित करते हैं, और इसे उत्तेजित विकिरण के लिए उपयोग किए जाने के बजाय ऊष्मा ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं।

थर्मल लेंस प्रभाव और थर्मल तनाव से होने वाली क्षति:हालांकि थर्मल लेंस प्रभाव स्वयं प्रतिवर्ती होता है, लेकिन लंबे समय तक, गंभीर तापमान चक्रण और थर्मल तनाव क्रिस्टल में सूक्ष्म दरारें, अपवर्तक सूचकांक में स्थायी परिवर्तन या फाइबर के कालेपन का कारण बन सकते हैं।

गैस लेजर (जैसे CO2 लेजर):गैस मिश्रण धीरे-धीरे विघटित हो जाएगा, इलेक्ट्रोड द्वारा अवशोषित हो जाएगा या ट्यूब की आंतरिक दीवार सामग्री के साथ प्रतिक्रिया करेगा, जिसके परिणामस्वरूप कार्यशील गैस अनुपात में असंतुलन और लाभ में कमी आएगी।

3. ऑप्टिकल तत्व क्षति

अनुनादी गुहा लेंस/खिड़की:लेजर के अंदर मौजूद फुल मिरर, आउटपुट मिरर और विंडो वे स्थान हैं जहां शक्ति सबसे अधिक केंद्रित होती है।

फिल्म को नुकसान:उच्च-ऊर्जा लेजर के कारण एंटीरिफ्लेक्शन फिल्म या उच्च एंटी-फिल्म पर लगे लेंस का क्षरण हो सकता है, जिससे उसमें दरार पड़ सकती है या वह निकल सकता है।

प्रदूषण:वातावरण में मौजूद छोटे कार्बनिक पदार्थ (जैसे तेल वाष्प) लेंस की सतह पर चिपक जाते हैं, लेजर की क्रिया के तहत कार्बनीकृत हो जाते हैं, जिससे एक स्थायी अवशोषण बिंदु बन जाता है, जो आगे चलकर और अधिक क्षति का कारण बनता है।

सामग्री अवशोषण:उच्च गुणवत्ता वाले ऑप्टिकल पदार्थों में भी एक विशिष्ट तरंगदैर्ध्य पर लेजर प्रकाश का थोड़ा आंतरिक अवशोषण होता है। दीर्घकालिक प्रभावों के कारण पदार्थ के गुणों में धीरे-धीरे परिवर्तन हो सकते हैं।

उपयोग की बाहरी परिस्थितियाँ और अनुचित संचालन

ये कारक ऊपर वर्णित मुख्य घटकों की उम्र बढ़ने की प्रक्रिया को काफी हद तक तेज कर सकते हैं।

1. तापीय प्रबंधन में विफलता

शीतलन प्रणाली की दक्षता कम हो जाती है:शीतलन जल की गुणवत्ता खराब हो जाती है जिससे जलमार्ग में परत जम जाती है और वह अवरुद्ध हो जाता है; वाटर कूलर की खराबी के कारण पानी का तापमान अस्थिर या बहुत अधिक हो जाता है; पंखे पर धूल जमने से ऊष्मा का अपव्यय खराब हो जाता है।

नतीजे:लेजर के परिचालन तापमान में वृद्धि से सभी अर्धचालकों और ऑप्टिकल घटकों की उम्र बढ़ने की दर में काफी तेजी आएगी। एलडी के मामले में, जंक्शन तापमान में प्रत्येक 10°C की वृद्धि के साथ जीवनकाल आधा हो सकता है (आर्हेनियस मॉडल के अनुसार)।

2. कार्य वातावरण और प्रदूषण

धूल और प्रदूषक:हवा में मौजूद धूल, धुआं, तेल आदि लेजर में प्रवेश कर जाते हैं, जिससे ऑप्टिकल सतह और सर्किट दूषित हो जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप स्थानीय ताप अवशोषण, शॉर्ट सर्किट या आर्क हो सकता है।

कंपन और झटके:अस्थिर स्थापना आधार या बाहरी कंपन के कारण ऑप्टिकल घटकों का संरेखण इष्टतम स्थिति से विचलित हो सकता है, जिससे उत्पादन दक्षता कम हो सकती है और गंभीर मामलों में यांत्रिक संरचना ढीली हो सकती है।

नमी:अत्यधिक नमी के कारण लेंस की सतह पर संघनन हो सकता है, जिससे लेजर विकिरण के दौरान फिल्म आसानी से फट सकती है। साथ ही, नमी इलेक्ट्रॉनिक घटकों को भी नुकसान पहुंचा सकती है।

3. संचालन का अनुचित तरीका

बार-बार कठोर स्विचिंग:लेजर को बार-बार अचानक पूरी शक्ति से चालू और बंद करने से पंप स्रोत और पावर सिस्टम पर भारी विद्युत और तापीय प्रभाव पड़ेगा, जिससे उसका जीवनकाल कम हो जाएगा।

सीमा मापदंडों के अंतर्गत दीर्घकालिक संचालन:लेजर को उसकी नाममात्र अधिकतम शक्ति के 90% से अधिक पर या यहां तक ​​कि ओवरलोड होने तक चलने दें, जिससे उसके मुख्य घटक अत्यधिक तनाव की स्थिति में आ जाएंगे और उनकी आयु तेजी से घटेगी।

असंगत भार:कुछ प्रकार के लेज़रों के लिए, लोड-परावर्तकता में बेमेल होने से कुछ ऊर्जा गुहा में वापस परावर्तित हो सकती है, जिससे अस्थिरता या यहां तक ​​कि क्षति भी हो सकती है।

बिजली और नियंत्रण प्रणालियों का क्षरण

ड्राइव पावर सप्लाई का प्रदर्शन खराब हो गया है:बिजली आपूर्ति की आउटपुट धारा/वोल्टेज स्थिरता खराब हो जाती है, और रिपल बढ़ जाता है, जो पंप स्रोत के लिए एक स्थिर और शुद्ध ड्राइव प्रदान नहीं कर सकता है, जिससे इसके आउटपुट प्रदर्शन और जीवनकाल पर असर पड़ता है।

नियंत्रण परिपथ की आयु में परिवर्तन:संधारित्र, प्रतिरोधक और अन्य घटकों के मापदंड समय और तापमान के साथ बदलते रहते हैं, जिसके परिणामस्वरूप नियंत्रण प्रणाली की सटीकता में कमी आती है।

सारांश और निवारक उपाय

लेजर की शक्ति में कमी एक ऐसी प्रक्रिया है जिसे पूरी तरह से टाला नहीं जा सकता है, लेकिन इसे प्रभावी ढंग से नियंत्रित और धीमा किया जा सकता है।

लेजर की शक्ति में होने वाले क्षय को अधिकतम सीमा तक कम करने और इसके स्थिर संचालन को बनाए रखने के लिए, यह अनुशंसा की जाती है कि:

1. उत्कृष्ट कार्य वातावरण प्रदान करें:साफ-सफाई बनाए रखें, तापमान स्थिर रखें, नमी कम रखें और कंपन न होने दें।

2. कुशल ताप प्रबंधन सुनिश्चित करें:पानी की गुणवत्ता और प्रवाह सुनिश्चित करने के लिए कूलिंग सिस्टम का नियमित रूप से रखरखाव करें।

3. मानक संचालन प्रक्रिया का पालन करें:बार-बार स्विच बदलने और अत्यधिक कठिन परिस्थितियों में लंबे समय तक संचालन से बचें।

4. नियमित निवारक रखरखाव करें:ऑप्टिकल घटकों की नियमित रूप से जांच करें, ऑप्टिकल पथ को साफ करें और निर्माता की आवश्यकताओं के अनुसार उपभोग्य सामग्रियों (जैसे गैस और फिल्टर तत्व) को बदलें।

5. स्थिर बिजली आपूर्ति का उपयोग करें:सुनिश्चित करें कि बिजली आपूर्ति वोल्टेज स्थिर हो, और आवश्यकता पड़ने पर वोल्टेज स्टेबलाइजर का उपयोग करें।

इन क्षीणन तंत्रों को समझकर और उचित सावधानियां बरतकर, लेजर के जीवन को काफी हद तक बढ़ाया जा सकता है और जीवन चक्र के दौरान आउटपुट प्रदर्शन को अधिक स्थिर बनाए रखा जा सकता है।