फाइबर लेजर क्या है?

क्या है एकफाइबर लेजरफाइबर लेजर एक प्रकार का सॉलिड-स्टेट लेजर है जिसमें सक्रिय लाभ माध्यम एक ऑप्टिकल फाइबर होता है जिसे दुर्लभ-पृथ्वी तत्वों, सबसे आम तौर पर यटरबियम के साथ डोप किया जाता है। पारंपरिक गैस या CO₂ लेजर के विपरीत, फाइबर लेजर पूरी तरह से ग्लास फाइबर के भीतर प्रकाश उत्पन्न, प्रवर्धित और निर्देशित करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक कॉम्पैक्ट, मजबूत और अत्यधिक कुशल प्रणाली बनती है।

फाइबर लेजर कोर घटक और डिजाइन

• डोप्ड फाइबर कोर
  फाइबर लेजर का दिल फाइबर ही होता है - कांच का एक अति-पतला किनारा जिसका कोर दुर्लभ-पृथ्वी आयनों से भरा होता है। जब प्रकाश से पंप किया जाता है, तो ये आयन लेजर क्रिया के लिए आवश्यक ऊर्जा प्रदान करते हैं।

• पंप डायोड
  उच्च-शक्ति वाले अर्धचालक डायोड फाइबर के क्लैडिंग में पंप लाइट को इंजेक्ट करते हैं। क्लैडिंग पंप लाइट को कोर के चारों ओर फंसा देती है, जिससे डोप किए गए आयनों का एकसमान उत्तेजना सुनिश्चित होता है।

• फाइबर ब्रैग ग्रेटिंग्स (एफबीजी)
  फाइबर में सीधे अंकित ये परावर्तक झंझरी लेजर गुहा बनाती हैं। एक झंझरी अधिकांश प्रकाश को फाइबर में वापस परावर्तित करती है, जबकि दूसरी नियंत्रित हिस्से को आउटपुट बीम के रूप में बाहर निकलने देती है।

• ताप प्रबंधन
  चूंकि फाइबर का छोटा क्रॉस-सेक्शन इसकी लंबाई के अनुरूप ऊष्मा को कुशलतापूर्वक नष्ट कर देता है, इसलिए फाइबर लेज़रों को आमतौर पर केवल वायु-शीतलन या मामूली जल परिसंचरण की आवश्यकता होती है, यहां तक ​​कि उच्च शक्ति स्तर पर भी।

परिचालन सिद्धांत

1. ऑप्टिकल पम्पिंग
   पंप डायोड, आमतौर पर 915 एनएम और 976 एनएम के बीच तरंगदैर्ध्य पर, फाइबर के आवरण में प्रकाश को इंजेक्ट करते हैं।

2. ऊर्जा अवशोषण
   कोर में दुर्लभ-पृथ्वी आयन पंप फोटॉनों को अवशोषित करते हैं, तथा इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित अवस्था में ले जाते हैं।

3. प्रेरित उत्सर्जन
   जैसे ही इलेक्ट्रॉन शिथिल होते हैं, वे लेजर की विशिष्ट तरंगदैर्घ्य (सामान्यतः 1,064 एनएम) पर सुसंगत फोटॉन उत्सर्जित करते हैं।

4. प्रवर्धन और प्रतिक्रिया
   फोटोन फाइबर के साथ यात्रा करते हैं, जिससे आगे उत्सर्जन होता है और किरण का विस्तार होता है। फाइबर के प्रत्येक छोर पर FBGs एक अनुनाद गुहा बनाते हैं, जो लेजर दोलन को बनाए रखते हैं।

5. आउटपुट युग्मन
   आंशिक रूप से परावर्तक ग्रेटिंग, प्रवर्धित प्रकाश के एक अंश को प्रसंस्करण के लिए उपयोग किए जाने वाले उच्च गुणवत्ता वाले आउटपुट बीम के रूप में बाहर निकलने की अनुमति देता है।

फाइबर लेज़र के प्रकार

• सतत-तरंग (सीडब्ल्यू) फाइबर लेजर
  स्थिर, निर्बाध किरण उत्सर्जित करें। काटने, वेल्डिंग और अंकन अनुप्रयोगों के लिए आदर्श जहां निरंतर शक्ति की आवश्यकता होती है।

• स्पंदित फाइबर लेजर
  नियंत्रित विस्फोटों में प्रकाश प्रदान करें। उपश्रेणियाँ शामिल हैं:

• क्यू स्विचड: गहरी नक्काशी और सूक्ष्म ड्रिलिंग के लिए उच्च शिखर पल्स (नैनोसेकंड रेंज)।

• मोड लॉक किया हुआपरिशुद्ध सूक्ष्म मशीनिंग और नाजुक सामग्री प्रसंस्करण के लिए अल्ट्राशॉर्ट पल्स (पिकोसेकंड या फेम्टोसेकंड)।

• मास्टर ऑसिलेटर पावर एम्पलीफायर (MOPA)
  कम-शक्ति वाले बीज लेजर (ऑसिलेटर) को एक या अधिक एम्पलीफायर चरणों के साथ संयोजित करता है। पल्स अवधि और पुनरावृत्ति दर पर सटीक नियंत्रण प्रदान करता है।

मुख्य लाभ

• असाधारण बीम गुणवत्ता
  यह लगभग विवर्तन-सीमित आउटपुट प्राप्त करता है, जिससे अति सूक्ष्म फोकस स्पॉट और रेजर-शार्प कट की सुविधा मिलती है।

• उच्च दक्षता
  दीवार-प्लग की दक्षता अक्सर 30% से अधिक होती है, जिससे विद्युत खपत और परिचालन लागत कम हो जाती है।

• कॉम्पैक्ट फुटप्रिंट
  पूर्णतः फाइबर निर्माण से भारी दर्पणों और गैस ट्यूबों की आवश्यकता नहीं होती, जिससे फर्श पर मूल्यवान स्थान की बचत होती है।

• कम रखरखाव
  सीलबंद फाइबर मॉड्यूलों को न्यूनतम पुनर्संरेखण की आवश्यकता होती है; इसमें गैस पुनःपूर्ति या बड़े शीतलन टावर नहीं होते।

• पर्यावरणीय मजबूती
  फाइबर लेजर कंपन, धूल और तापमान में उतार-चढ़ाव को मुक्त-स्थान प्रणालियों की तुलना में बेहतर ढंग से सहन करते हैं।

विशिष्ट अनुप्रयोग

• धातु काटना और वेल्डिंग
  पतले गेज वाले स्टेनलेस स्टील से लेकर मोटे एल्युमीनियम तक, फाइबर लेजर तीव्र काटने की गति, संकीर्ण कट्स और न्यूनतम ताप-प्रभावित क्षेत्र प्रदान करते हैं।

• परिशुद्ध अंकन और उत्कीर्णन
  स्पष्ट कंट्रास्ट और उच्च स्थायित्व के साथ धातु, प्लास्टिक, सिरेमिक और कांच पर सीरियल नंबर, बारकोड और लोगो के लिए आदर्श।

• माइक्रो मशीनिंग
  इलेक्ट्रॉनिक्स, चिकित्सा उपकरणों और सटीक घटकों में माइक्रोन स्तर की सटीकता के साथ छोटी-छोटी विशेषताएं बनाता है।

• एडिटिव मैनुफैक्चरिंग
  लेजर आधारित 3D मुद्रण विधियों को सशक्त बनाना - जैसे चयनात्मक लेजर मेल्टिंग - एकसमान ऊर्जा वितरण के साथ धातु पाउडर को पिघलाकर।

• वैज्ञानिक अनुसंधान
  स्पेक्ट्रोस्कोपी, नॉनलाइनियर ऑप्टिक्स और अन्य प्रयोगशाला प्रयोगों के लिए ट्यूनेबल पल्स पैरामीटर प्रदान करता है।

सही फाइबर लेजर का चयन

• बिजली उत्पादन
  सामग्री की मोटाई और प्रसंस्करण गति के आधार पर निर्धारित करें। हल्के-ड्यूटी मार्किंग के लिए 20-50 W की आवश्यकता हो सकती है; भारी कटिंग के लिए 1-10 kW या उससे अधिक की आवश्यकता हो सकती है।

• पल्स विशेषताएँ
  निरंतर परिचालन के लिए CW चुनें; उच्च शिखर शक्ति या अल्ट्राशॉर्ट पल्स की आवश्यकता वाले परिशुद्धता कार्यों के लिए Q-स्विच्ड या MOPA चुनें।

• बीम डिलीवरी
  सामान्य कटाई के लिए स्थिर फोकस हेड; उच्च गति अंकन के लिए गैल्वो स्कैनर; दूरस्थ वेल्डिंग के लिए लंबी पहुंच वाले ऑप्टिक्स।

• शीतलन विधि
  वायु-शीतित इकाइयां कुछ सौ वाट तक पर्याप्त होती हैं; उच्चतर क्षमता वाली इकाइयां स्थिर उत्पादन बनाए रखने के लिए जल-शीतलन से लाभान्वित होती हैं।

• एकीकरण और नियंत्रण
  डिजिटल इंटरफेस, सॉफ्टवेयर लाइब्रेरी और सुरक्षा इंटरलॉक सहित अपने स्वचालन सेटअप के साथ संगतता की जांच करें।

रखरखाव के सर्वोत्तम अभ्यास

• फाइबर एंड-फेस केयर
  किरण विरूपण को रोकने के लिए सुरक्षात्मक खिड़कियों या लेंसों का नियमित रूप से निरीक्षण और सफाई करें।

• शीतलन प्रणाली की जाँच
  पर्याप्त वायु प्रवाह या जल प्रवाह की जांच करें; तापमान सेंसरों की निगरानी करें और आवश्यकतानुसार फिल्टर बदलें।

• सॉफ्टवेयर अपडेट
  प्रदर्शन को अनुकूलित करने और सुरक्षा मानकों को बनाए रखने के लिए फ़र्मवेयर पैच लागू करें।

• आवधिक अंशांकन
  विद्युत उत्पादन, बीम संरेखण और प्रणाली विश्वसनीयता को सत्यापित करने के लिए प्रतिवर्ष (या अपनी उपयोग तीव्रता के अनुसार) प्रमाणित तकनीशियनों को नियुक्त करें।

फाइबर लेजर उन्नत फोटोनिक्स को व्यावहारिक इंजीनियरिंग के साथ मिलाते हैं, जिससे वे आधुनिक विनिर्माण, अनुसंधान और सटीक प्रसंस्करण की आधारशिला बन जाते हैं। उनके मूल डिजाइन, संचालन सिद्धांतों और अनुप्रयोग के दायरे को समझना आपको अनगिनत उद्योगों में उनकी पूरी क्षमता का दोहन करने में सक्षम बनाता है।

फाइबर लेजर एक प्रकार का सॉलिड-स्टेट लेजर है जिसमें सक्रिय लाभ माध्यम एक ऑप्टिकल फाइबर होता है जिसे दुर्लभ-पृथ्वी तत्वों, सबसे आम तौर पर यटरबियम के साथ डोप किया जाता है। पारंपरिक गैस या CO के विपरीत₂लेज़र, फाइबर लेज़र पूरी तरह से ग्लास फाइबर के भीतर प्रकाश उत्पन्न करते हैं, बढ़ाते हैं और मार्गदर्शन करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक कॉम्पैक्ट, मजबूत और अत्यधिक कुशल प्रणाली बनती है।

1. मुख्य घटक और डिजाइन

• डोप्ड फाइबर कोर
  फाइबर लेजर का दिल फाइबर ही होता है - कांच का एक अति-पतला किनारा जिसका कोर दुर्लभ-पृथ्वी आयनों से भरा होता है। जब प्रकाश से पंप किया जाता है, तो ये आयन लेजर क्रिया के लिए आवश्यक ऊर्जा प्रदान करते हैं।

• पंप डायोड
  उच्च-शक्ति वाले अर्धचालक डायोड फाइबर के क्लैडिंग में पंप लाइट को इंजेक्ट करते हैं। क्लैडिंग पंप लाइट को कोर के चारों ओर फंसा देती है, जिससे डोप किए गए आयनों का एकसमान उत्तेजना सुनिश्चित होता है।

• फाइबर ब्रैग ग्रेटिंग्स (एफबीजी)
  फाइबर में सीधे अंकित ये परावर्तक झंझरी लेजर गुहा बनाती हैं। एक झंझरी अधिकांश प्रकाश को फाइबर में वापस परावर्तित करती है, जबकि दूसरी नियंत्रित हिस्से को आउटपुट बीम के रूप में बाहर निकलने देती है।

• ताप प्रबंधन
  चूंकि फाइबर का छोटा क्रॉस-सेक्शन इसकी लंबाई के अनुरूप ऊष्मा को कुशलतापूर्वक नष्ट कर देता है, इसलिए फाइबर लेज़रों को आमतौर पर केवल वायु-शीतलन या मामूली जल परिसंचरण की आवश्यकता होती है, यहां तक ​​कि उच्च शक्ति स्तर पर भी।

2. संचालन सिद्धांत

1. ऑप्टिकल पम्पिंग
   पंप डायोड, आमतौर पर 915 एनएम और 976 एनएम के बीच तरंगदैर्ध्य पर, फाइबर के आवरण में प्रकाश को इंजेक्ट करते हैं।

2. ऊर्जा अवशोषण
   कोर में दुर्लभ-पृथ्वी आयन पंप फोटॉनों को अवशोषित करते हैं, तथा इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित अवस्था में ले जाते हैं।

3. प्रेरित उत्सर्जन
   जैसे ही इलेक्ट्रॉन शिथिल होते हैं, वे लेजर की विशिष्ट तरंगदैर्घ्य (सामान्यतः 1,064 एनएम) पर सुसंगत फोटॉन उत्सर्जित करते हैं।

4. प्रवर्धन और प्रतिक्रिया
   फोटोन फाइबर के साथ यात्रा करते हैं, जिससे आगे उत्सर्जन होता है और किरण का विस्तार होता है। फाइबर के प्रत्येक छोर पर FBGs एक अनुनाद गुहा बनाते हैं, जो लेजर दोलन को बनाए रखते हैं।

5. आउटपुट युग्मन
   आंशिक रूप से परावर्तक ग्रेटिंग, प्रवर्धित प्रकाश के एक अंश को प्रसंस्करण के लिए उपयोग किए जाने वाले उच्च गुणवत्ता वाले आउटपुट बीम के रूप में बाहर निकलने की अनुमति देता है।

3. फाइबर लेजर के प्रकार

• सतत-तरंग (सीडब्ल्यू) फाइबर लेजर
  स्थिर, निर्बाध किरण उत्सर्जित करें। काटने, वेल्डिंग और अंकन अनुप्रयोगों के लिए आदर्श जहां निरंतर शक्ति की आवश्यकता होती है।

• स्पंदित फाइबर लेजर
  नियंत्रित विस्फोटों में प्रकाश प्रदान करें। उपश्रेणियाँ शामिल हैं:

• क्यू स्विचड: गहरी नक्काशी और सूक्ष्म ड्रिलिंग के लिए उच्च शिखर पल्स (नैनोसेकंड रेंज)।

• मोड लॉक किया हुआपरिशुद्ध सूक्ष्म मशीनिंग और नाजुक सामग्री प्रसंस्करण के लिए अल्ट्राशॉर्ट पल्स (पिकोसेकंड या फेम्टोसेकंड)।

• मास्टर ऑसिलेटर पावर एम्पलीफायर (MOPA)
  कम-शक्ति वाले बीज लेजर (ऑसिलेटर) को एक या अधिक एम्पलीफायर चरणों के साथ संयोजित करता है। पल्स अवधि और पुनरावृत्ति दर पर सटीक नियंत्रण प्रदान करता है।

4. मुख्य लाभ

• असाधारण बीम गुणवत्ता
  यह लगभग विवर्तन-सीमित आउटपुट प्राप्त करता है, जिससे अति सूक्ष्म फोकस स्पॉट और रेजर-शार्प कट की सुविधा मिलती है।

• उच्च दक्षता
  दीवार-प्लग की दक्षता अक्सर 30% से अधिक होती है, जिससे विद्युत खपत और परिचालन लागत कम हो जाती है।

• कॉम्पैक्ट फुटप्रिंट
  पूर्णतः फाइबर निर्माण से भारी दर्पणों और गैस ट्यूबों की आवश्यकता नहीं होती, जिससे फर्श पर मूल्यवान स्थान की बचत होती है।

• कम रखरखाव
  सीलबंद फाइबर मॉड्यूलों को न्यूनतम पुनर्संरेखण की आवश्यकता होती है; इसमें गैस पुनःपूर्ति या बड़े शीतलन टावर नहीं होते।

• पर्यावरणीय मजबूती
  फाइबर लेजर कंपन, धूल और तापमान में उतार-चढ़ाव को मुक्त-स्थान प्रणालियों की तुलना में बेहतर ढंग से सहन करते हैं।

5. विशिष्ट अनुप्रयोग

• धातु काटना और वेल्डिंग
  पतले गेज वाले स्टेनलेस स्टील से लेकर मोटे एल्युमीनियम तक, फाइबर लेजर तीव्र काटने की गति, संकीर्ण कट्स और न्यूनतम ताप-प्रभावित क्षेत्र प्रदान करते हैं।

• परिशुद्ध अंकन और उत्कीर्णन
  स्पष्ट कंट्रास्ट और उच्च स्थायित्व के साथ धातु, प्लास्टिक, सिरेमिक और कांच पर सीरियल नंबर, बारकोड और लोगो के लिए आदर्श।

• माइक्रो मशीनिंग
  इलेक्ट्रॉनिक्स, चिकित्सा उपकरणों और सटीक घटकों में माइक्रोन स्तर की सटीकता के साथ छोटी-छोटी विशेषताएं बनाता है।

• एडिटिव मैनुफैक्चरिंग
  लेजर आधारित 3D मुद्रण विधियों को सशक्त बनाना - जैसे चयनात्मक लेजर मेल्टिंग - एकसमान ऊर्जा वितरण के साथ धातु पाउडर को पिघलाकर।

• वैज्ञानिक अनुसंधान
  स्पेक्ट्रोस्कोपी, नॉनलाइनियर ऑप्टिक्स और अन्य प्रयोगशाला प्रयोगों के लिए ट्यूनेबल पल्स पैरामीटर प्रदान करता है।

6. सही फाइबर लेजर का चयन

• बिजली उत्पादन
  सामग्री की मोटाई और प्रसंस्करण गति के आधार पर निर्धारित करें। हल्के-ड्यूटी मार्किंग के लिए 20-50 W की आवश्यकता हो सकती है; भारी कटिंग के लिए 1-10 kW या उससे अधिक की आवश्यकता हो सकती है।

• पल्स विशेषताएँ
  निरंतर परिचालन के लिए CW चुनें; उच्च शिखर शक्ति या अल्ट्राशॉर्ट पल्स की आवश्यकता वाले परिशुद्धता कार्यों के लिए Q-स्विच्ड या MOPA चुनें।

• बीम डिलीवरी
  सामान्य कटाई के लिए स्थिर फोकस हेड; उच्च गति अंकन के लिए गैल्वो स्कैनर; दूरस्थ वेल्डिंग के लिए लंबी पहुंच वाले ऑप्टिक्स।

• शीतलन विधि
  वायु-शीतित इकाइयां कुछ सौ वाट तक पर्याप्त होती हैं; उच्चतर क्षमता वाली इकाइयां स्थिर उत्पादन बनाए रखने के लिए जल-शीतलन से लाभान्वित होती हैं।

• एकीकरण और नियंत्रण
  डिजिटल इंटरफेस, सॉफ्टवेयर लाइब्रेरी और सुरक्षा इंटरलॉक सहित अपने स्वचालन सेटअप के साथ संगतता की जांच करें।

7. रखरखाव के सर्वोत्तम अभ्यास

• फाइबर एंड-फेस केयर
  किरण विरूपण को रोकने के लिए सुरक्षात्मक खिड़कियों या लेंसों का नियमित रूप से निरीक्षण और सफाई करें।

• शीतलन प्रणाली की जाँच
  पर्याप्त वायु प्रवाह या जल प्रवाह की जांच करें; तापमान सेंसरों की निगरानी करें और आवश्यकतानुसार फिल्टर बदलें।

• सॉफ्टवेयर अपडेट
  प्रदर्शन को अनुकूलित करने और सुरक्षा मानकों को बनाए रखने के लिए फ़र्मवेयर पैच लागू करें।

• आवधिक अंशांकन
  विद्युत उत्पादन, बीम संरेखण और प्रणाली विश्वसनीयता को सत्यापित करने के लिए प्रतिवर्ष (या अपनी उपयोग तीव्रता के अनुसार) प्रमाणित तकनीशियनों को नियुक्त करें।

फाइबर लेजर उन्नत फोटोनिक्स को व्यावहारिक इंजीनियरिंग के साथ मिलाते हैं, जिससे वे आधुनिक विनिर्माण, अनुसंधान और सटीक प्रसंस्करण की आधारशिला बन जाते हैं। उनके मूल डिजाइन, संचालन सिद्धांतों और अनुप्रयोग के दायरे को समझना आपको अनगिनत उद्योगों में उनकी पूरी क्षमता का दोहन करने में सक्षम बनाता है।