परिचय
लेजर बीम कोलिमेशन कई विश्लेषणात्मक विधियों में एक मौलिक पहलू है, जहाँ एक सतत तरंग (CW) लेजर को अक्सर उत्तेजना स्रोत के रूप में उपयोग किया जाता है। प्रतिदीप्ति, रमन प्रकीर्णन, अवशोषण और रेले प्रकीर्णन जैसी तकनीकें ऊर्जा को अणुओं में स्थानांतरित करने के लिए लेजर का उपयोग करती हैं, जिससे उत्तेजना या ऊर्जा निष्कर्षण होता है। लेजर के प्रकार का चुनाव महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह बीम की तीव्रता की फोकसेबिलिटी और एकरूपता को प्रभावित करता है। उच्च-रिज़ॉल्यूशन और एकसमान रोशनी आवश्यकताओं के लिए, विशिष्ट प्रकार के CW लेजर आवश्यक हैं।
विश्लेषणात्मक अनुप्रयोगों के लिए सीडब्ल्यू लेज़र के प्रकार
सीडब्ल्यू लेजर प्रकार और संरचना में भिन्न होते हैं, जिन्हें दृश्यमान और निकट-अवरक्त (एनआईआर) स्पेक्ट्रम में विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए तैयार किया जाता है। दो प्राथमिक प्रकार प्रमुख हैं: डायोड लेजर और डायोड-पंप्ड सॉलिड-स्टेट (डीपीएसएस) लेजर। डायोड लेजर अधिक कॉम्पैक्ट और किफायती होते हैं, जबकि डीपीएसएस लेजर अक्सर उच्च बीम गुणवत्ता प्रदान करते हैं। प्रत्येक प्रकार को विभिन्न मॉड्यूल जैसे कि फ्री-स्पेस, सिंगल-मोड फाइबर (एसएमएफ), मल्टी-मोड फाइबर (एमएमएफ), और ध्रुवीकरण-रखरखाव फाइबर (पीएमएफ) में कॉन्फ़िगर किया जा सकता है। नीचे दी गई तालिका डायोड और डीपीएसएस लेजर के लिए कोलिमेशन तकनीकों की विशेषताओं की तुलना करती है।
सीडब्ल्यू लेजर स्थानिक मोड
सीडब्ल्यू लेजर या तो सिंगल-स्पेशियल-मोड (एसएम) या मल्टीपल स्पैशियल मोड (एमएम) में काम करते हैं, जिन्हें "ट्रांसवर्सल" या "बीम मोड" भी कहा जाता है। ये मोड बीम प्रोफाइल को प्रभावित करते हैं और फोकस करने की क्षमता और बीम की गुणवत्ता निर्धारित करने में महत्वपूर्ण होते हैं। लेजर को अक्सर इच्छित अनुप्रयोग के आधार पर चुना जाता है, क्योंकि एसएम लेजर आम तौर पर बेहतर बीम गुणवत्ता और फोकस करने की क्षमता प्रदान करते हैं, जबकि एमएम लेजर उच्च शक्ति आउटपुट प्रदान करते हैं।
लेजर बीम कोलिमेशन के तरीके
बीम कोलिमेशन में विचलन को कम करने के लिए लेजर आउटपुट को समायोजित करना शामिल है। यह माइक्रोस्कोपी और स्पेक्ट्रोस्कोपी में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, जहां विचलन 2 mrad से कम होना चाहिए। उदाहरण के लिए, शॉर्ट-कैविटी डायोड लेजर अत्यधिक विचलन वाली किरणें उत्पन्न करते हैं, जिसके लिए कोलिमेशन की आवश्यकता होती है। सबसे सरल दृष्टिकोण विचलन को कम करने के लिए एकल एस्फेरिक लेंस का उपयोग करता है; हालाँकि, दो-लेंस सिस्टम जैसे अधिक जटिल विन्यास, जिन्हें दूरबीन के रूप में भी जाना जाता है, अक्सर बीम के आकार पर अधिक सटीकता और नियंत्रण प्राप्त करने के लिए नियोजित किए जाते हैं।
लेजर बीम को समतल करने का सबसे सरल तरीका एकल एस्फेरिक लेंस का उपयोग करना है। लेंस की फ़ोकल लंबाई सीधे बीम व्यास को समतलीकरण के बाद प्रभावित करती है, जिसमें लंबी फ़ोकल लंबाई बड़े बीम व्यास का उत्पादन करती है। यह विधि अपनी सरलता के कारण व्यापक रूप से उपयोग की जाती है, हालांकि यह ठीक से संरेखित न होने पर विचलन उत्पन्न कर सकती है।
दो-लेंस प्रणाली
दो-लेंस प्रणाली या दूरबीन, बीम को समतल करने और फैलाने या सिकोड़ने के लिए एक नकारात्मक और एक सकारात्मक लेंस का उपयोग करती है। यह सेटअप उन अनुप्रयोगों में पसंद किया जाता है जिनमें बीम त्रिज्या पर ठीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है और यह बीम की गुणवत्ता में सुधार और डायोड लेजर बीम में दृष्टिवैषम्य को कम करने के लिए विशेष रूप से उपयोगी है।
बीम गुणवत्ता और माप
लेजर बीम की गुणवत्ता का मूल्यांकन अक्सर बीम गुणवत्ता कारक, M² का उपयोग करके किया जाता है, जो मापता है कि बीम गॉसियन प्रोफ़ाइल के कितने करीब है। 1 का M² मान एक आदर्श गॉसियन बीम को इंगित करता है, जबकि उच्च मान विचलन को दर्शाता है। कम-शक्ति DPSS लेज़र आमतौर पर कम M² कारकों के साथ उच्च बीम गुणवत्ता प्रदर्शित करते हैं, जबकि उच्च-शक्ति DPSS लेज़र और डायोड लेज़र में थर्मल प्रभावों के कारण खराब बीम गुणवत्ता होती है।
अण्डाकार लेजर किरणों का परिपत्रीकरण
डायोड लेजर आम तौर पर एक अण्डाकार क्रॉस-सेक्शन वाली किरणें उत्सर्जित करते हैं, जिसके लिए कुछ अनुप्रयोगों के लिए किरण को गोलाकार बनाने के लिए अतिरिक्त चरणों की आवश्यकता होती है। एक दृष्टिकोण अलग-अलग अक्षों के साथ विचलन को संबोधित करने के लिए दो ऑर्थोगोनल बेलनाकार लेंस का उपयोग करता है, जिसके परिणामस्वरूप अधिक गोलाकार किरण प्रोफ़ाइल होती है। एक अन्य तकनीक में एनामॉर्फिक प्रिज्म शामिल हैं, जो एक अक्ष को विस्तारित या संपीड़ित करके किरण के आकार को समायोजित करते हैं। प्रत्येक विधि की अपनी ताकत और सीमाएँ हैं, जैसा कि तालिका में दिखाया गया है।
पॉइंटिंग स्थिरता और बीम प्रोफ़ाइल समरूपता
उच्च परिशुद्धता की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए बीम पॉइंटिंग स्थिरता आवश्यक है। यांत्रिक कंपन और घटकों के थर्मल विस्तार जैसे कारक बीम में उतार-चढ़ाव का कारण बन सकते हैं। ऑप्टिकल तत्वों का सावधानीपूर्वक संरेखण और गर्म घटकों का तापमान नियंत्रण पॉइंटिंग अस्थिरता को कम करने के लिए महत्वपूर्ण है।
कभी-कभी निकट-क्षेत्र में खराब बीम प्रोफ़ाइल प्रदर्शित करने के बावजूद, डायोड लेज़र लंबी दूरी पर अच्छी फ़ोकसेबिलिटी प्राप्त कर सकते हैं। कठोर परीक्षण के माध्यम से, यह दिखाया गया है कि लेज़र बीम एकरूपता में सुधार करते हैं और फ़ोकल पॉइंट के पास अधिक गोलाकार हो जाते हैं, जो उच्च फ़ोकसेबिलिटी की मांग करने वाले अनुप्रयोगों में उनके उपयोग का समर्थन करता है।
अंतिम विचार
लेजर कोलिमेशन तकनीकें लेजर के प्रकार और अनुप्रयोग की आवश्यकताओं के आधार पर बहुत भिन्न होती हैं। डायोड लेजर कई उपयोगों के लिए एक लागत प्रभावी समाधान प्रदान करते हैं, लेकिन इष्टतम बीम गुणवत्ता के लिए अतिरिक्त घटकों की आवश्यकता हो सकती है। DPSS लेजर, जबकि अधिक महंगे हैं, बेहतर बीम गुणवत्ता और फ़ोकसेबिलिटी प्रदान करते हैं। इंटीग्रेटेड ऑप्टिक्स उच्च-मांग वाले अनुप्रयोगों के लिए फाइबर-युग्मित समाधानों के साथ कोलिमेशन विकल्पों की एक श्रृंखला प्रदान करता है। अंततः, डायोड और DPSS लेजर के बीच चुनाव में बीम गुणवत्ता, फ़ोकसेबिलिटी और बजट बाधाओं जैसे कारकों पर विचार किया जाना चाहिए।
