নিয়ার-ইনফ্রারেড থেকে মিড-ইনফ্রারেড টিউনেবল লেজার নির্বাচন পরিকল্পনা

এই নিবন্ধটির লক্ষ্য হল কাছাকাছি-ইনফ্রারেড থেকে মধ্য-ইনফ্রারেড আলোর উত্স নির্বাচন করার সময় কিছু বিবেচনা এবং প্রোগ্রামের পরামর্শ নিয়ে আলোচনা করা। এই নিবন্ধটি প্রধানত সংক্ষিপ্তভাবে অপটিক্যাল প্যারামেট্রিক অসিলেটর (OPO), অপটিক্যাল প্যারামেট্রিক অ্যামপ্লিফায়ার (OPA), কোয়ান্টাম ক্যাসকেড লেজার এবং সুপারকন্টিনিয়াম আলোর উত্সগুলির চারটি প্রধান বিভাগের পরিচয় ও তুলনা করে।

1. বিভিন্ন বর্ণালী পরিসীমা সংজ্ঞা

সাধারণভাবে বলতে গেলে, লোকেরা যখন ইনফ্রারেড আলোর উত্স সম্পর্কে কথা বলে, তখন তারা ~700-800 এনএম (দৃশ্যমান তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সীমার উপরের সীমা) থেকে বেশি ভ্যাকুয়াম তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলোকে উল্লেখ করে।

নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের নিম্ন সীমাটি এই বর্ণনায় স্পষ্টভাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়নি কারণ ইনফ্রারেড সম্পর্কে মানুষের চোখের উপলব্ধি একটি পাহাড়ে কেটে যাওয়ার পরিবর্তে ধীরে ধীরে হ্রাস পায়।

উদাহরণস্বরূপ, মানুষের চোখে 700 এনএম-এ আলোর প্রতিক্রিয়া ইতিমধ্যেই খুব কম, কিন্তু আলো যথেষ্ট শক্তিশালী হলে, মানুষের চোখ এমনকি 750 এনএম-এর বেশি তরঙ্গদৈর্ঘ্য সহ কিছু লেজার ডায়োড দ্বারা নির্গত আলো দেখতে পারে, যা ইনফ্রারেডও তৈরি করে। লেজার একটি নিরাপত্তা ঝুঁকি. --মানুষের চোখে খুব উজ্জ্বল না হলেও, এর প্রকৃত শক্তি অনেক বেশি হতে পারে।

একইভাবে, ইনফ্রারেড আলোর উৎসের নিম্ন সীমা পরিসরের মতো (700~800 nm), ইনফ্রারেড আলোর উত্সের ঊর্ধ্ব সীমা সংজ্ঞা পরিসীমাও অনিশ্চিত। সাধারণভাবে বলতে গেলে, এটি প্রায় 1 মিমি।

এখানে ইনফ্রারেড ব্যান্ডের কিছু সাধারণ সংজ্ঞা রয়েছে:

——নিকট-ইনফ্রারেড বর্ণালী অঞ্চল (আইআর-এও বলা হয়), পরিসীমা ~750-1400 nm।
এই তরঙ্গদৈর্ঘ্য অঞ্চলে নির্গত লেজারগুলি শব্দ এবং মানুষের চোখের নিরাপত্তা সংক্রান্ত সমস্যাগুলির প্রবণ, কারণ মানুষের চোখের ফোকাসিং ফাংশন কাছাকাছি-ইনফ্রারেড এবং দৃশ্যমান আলোর রেঞ্জের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, যাতে কাছাকাছি-ইনফ্রারেড ব্যান্ড আলোর উত্স প্রেরণ করা যায় এবং ফোকাস করা যায়। সংবেদনশীল রেটিনা একই ভাবে, কিন্তু কাছাকাছি-ইনফ্রারেড ব্যান্ড আলো প্রতিরক্ষামূলক পলক ট্রিগার না. ফলে সংবেদনশীলতার কারণে অতিরিক্ত শক্তির কারণে মানুষের চোখের রেটিনা ক্ষতিগ্রস্ত হয়। অতএব, এই ব্যান্ডে আলোর উত্স ব্যবহার করার সময়, চোখের সুরক্ষায় সম্পূর্ণ মনোযোগ দিতে হবে।

——সংক্ষিপ্ত তরঙ্গদৈর্ঘ্য ইনফ্রারেড (SWIR, IR-B) 1 থেকে পরিসীমা।{2}} μm।
এই জায়গাটি চোখের জন্য তুলনামূলকভাবে নিরাপদ কারণ এই আলো রেটিনায় পৌঁছানোর আগেই চোখের দ্বারা শোষিত হয়। উদাহরণস্বরূপ, ফাইবার অপটিক যোগাযোগে ব্যবহৃত erbium-doped ফাইবার পরিবর্ধক এই অঞ্চলে কাজ করে।
——মিড-ওয়েভ ইনফ্রারেড (MWIR) পরিসর হল 3-8 μm।
বায়ুমণ্ডল অঞ্চলের কিছু অংশে শক্তিশালী শোষণ দেখায়; এই ব্যান্ডে অনেক বায়ুমণ্ডলীয় গ্যাসের শোষণ লাইন থাকবে, যেমন কার্বন ডাই অক্সাইড (CO2) এবং জলীয় বাষ্প (H2O)। এছাড়াও অনেক গ্যাস এই ব্যান্ডে শক্তিশালী শোষণ প্রদর্শন করে বলে শক্তিশালী শোষণ বৈশিষ্ট্য এই বর্ণালী অঞ্চলটিকে বায়ুমণ্ডলে গ্যাস সনাক্তকরণের জন্য ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত করে তোলে।

——লং ওয়েভ ইনফ্রারেড (LWIR) পরিসর হল 8-15 μm।
——পরেরটি ফার ইনফ্রারেড (এফআইআর), যার রেঞ্জ 15 μm-1 মিমি থেকে (তবে 50 μm থেকে শুরু হওয়া সংজ্ঞাও রয়েছে, ISO 20473 দেখুন)। এই বর্ণালী অঞ্চলটি প্রাথমিকভাবে তাপীয় চিত্রের জন্য ব্যবহৃত হয়।
এই নিবন্ধটির লক্ষ্য হল কাছাকাছি-ইনফ্রারেড থেকে মধ্য-ইনফ্রারেড আলোর উত্স সহ ব্রডব্যান্ড টিউনেবল তরঙ্গদৈর্ঘ্য লেজারের নির্বাচন নিয়ে আলোচনা করা, যার মধ্যে উপরের স্বল্প-তরঙ্গদৈর্ঘ্য ইনফ্রারেড (SWIR, IR-B, 1.4-3 μm) অন্তর্ভুক্ত থাকতে পারে। এবং মিড-ওয়েভ ইনফ্রারেডের অংশ (MWIR, রেঞ্জিং হল 3-8 μm)।

2. সাধারণ অ্যাপ্লিকেশন

এই ব্যান্ডে আলোর উত্সগুলির একটি সাধারণ প্রয়োগ হ'ল ট্রেস গ্যাসগুলিতে লেজার শোষণ বর্ণালী সনাক্তকরণ (যেমন চিকিত্সা নির্ণয় এবং পরিবেশগত পর্যবেক্ষণে রিমোট সেন্সিং)। এখানে, বিশ্লেষণটি মধ্য-ইনফ্রারেড বর্ণালী অঞ্চলে অনেক অণুর শক্তিশালী এবং বৈশিষ্ট্যযুক্ত শোষণ ব্যান্ডের সুবিধা নেয়, যা "আণবিক আঙ্গুলের ছাপ" হিসাবে কাজ করে। যদিও কাছাকাছি-ইনফ্রারেড অঞ্চলে প্যান-শোষণ লাইনের মাধ্যমে কেউ এই অণুগুলির কিছু অধ্যয়ন করতে পারে, যেহেতু কাছাকাছি-ইনফ্রারেড লেজারের উত্সগুলি প্রস্তুত করা সহজ, উচ্চ সংবেদনশীলতার সাথে মধ্য-ইনফ্রারেড অঞ্চলে শক্তিশালী মৌলিক শোষণ লাইন ব্যবহার করার সুবিধা রয়েছে। .

মধ্য-ইনফ্রারেড ইমেজিং-এ, এই ব্যান্ডের আলোর উত্সগুলিও ব্যবহার করা হয়। লোকেরা সাধারণত এই সত্যটির সুবিধা নেয় যে মধ্য-ইনফ্রারেড আলো পদার্থের গভীরে প্রবেশ করতে পারে এবং কম বিক্ষিপ্ত হয়। উদাহরণস্বরূপ, সংশ্লিষ্ট হাইপারস্পেকট্রাল ইমেজিং অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, কাছাকাছি-ইনফ্রারেড থেকে মধ্য-ইনফ্রারেড প্রতিটি পিক্সেল (বা ভক্সেল) জন্য বর্ণালী তথ্য সরবরাহ করতে পারে।

মধ্য-ইনফ্রারেড লেজারের উত্সগুলির ক্রমাগত বিকাশের কারণে, যেমন ফাইবার লেজার, অ ধাতব লেজার উপকরণ প্রক্রিয়াকরণ অ্যাপ্লিকেশনগুলি আরও বেশি ব্যবহারিক হয়ে উঠছে। সাধারণত, লোকেরা নির্দিষ্ট উপাদান যেমন পলিমার ফিল্মের দ্বারা ইনফ্রারেড আলোর শক্তিশালী শোষণের সুবিধা নেয়, বেছে বেছে উপাদানগুলি অপসারণ করে।

একটি সাধারণ ঘটনা হল যে ইলেকট্রনিক এবং অপটোইলেক্ট্রনিক ডিভাইসে ইলেক্ট্রোডের জন্য ব্যবহৃত ইন্ডিয়াম টিন অক্সাইড (ITO) স্বচ্ছ পরিবাহী ফিল্মগুলি নির্বাচনী লেজার অ্যাবলেশনের মাধ্যমে গঠন করা প্রয়োজন। আরেকটি উদাহরণ হল অপটিক্যাল ফাইবারে আবরণের সুনির্দিষ্ট স্ট্রিপিং। এই ধরনের অ্যাপ্লিকেশানগুলির জন্য এই ব্যান্ডে প্রয়োজনীয় শক্তি স্তরগুলি সাধারণত লেজার কাটিংয়ের মতো অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য প্রয়োজনীয়গুলির তুলনায় অনেক কম।

নিয়ার-ইনফ্রারেড থেকে মিড-ইনফ্রারেড আলোর উত্সগুলিও তাপ-সন্ধানী ক্ষেপণাস্ত্রগুলির বিরুদ্ধে দিকনির্দেশক ইনফ্রারেড পাল্টা ব্যবস্থার জন্য সামরিক দ্বারা ব্যবহৃত হয়। ইনফ্রারেড ক্যামেরা অন্ধ করার জন্য উপযুক্ত উচ্চতর আউটপুট পাওয়ার ছাড়াও, বায়ুমণ্ডলীয় ট্রান্সমিশন ব্যান্ডের মধ্যে বিস্তৃত বর্ণালী কভারেজ (প্রায় 3-4 μm এবং 8-13 μm) এছাড়াও ইনফ্রারেড ডিটেক্টরগুলিকে সুরক্ষিত করা থেকে সাধারণ খাঁজযুক্ত ফিল্টারগুলিকে প্রতিরোধ করার জন্য প্রয়োজন৷

উপরে বর্ণিত বায়ুমণ্ডলীয় সংক্রমণ উইন্ডোটি দিকনির্দেশক বিমের মাধ্যমে মুক্ত-স্থান অপটিক্যাল যোগাযোগের জন্যও ব্যবহার করা যেতে পারে, এবং এই উদ্দেশ্যে অনেক অ্যাপ্লিকেশনে কোয়ান্টাম ক্যাসকেড লেজার ব্যবহার করা হয়।

কিছু ক্ষেত্রে, মধ্য-ইনফ্রারেড আল্ট্রাশর্ট ডাল প্রয়োজন হয়। উদাহরণস্বরূপ, কেউ লেজার স্পেকট্রোস্কোপিতে মধ্য-ইনফ্রারেড ফ্রিকোয়েন্সি চিরুনি ব্যবহার করতে পারে বা লেজিংয়ের জন্য আল্ট্রাশর্ট ডালের উচ্চ শিখর তীব্রতাকে কাজে লাগাতে পারে। এটি একটি মোড-লকড লেজার দিয়ে তৈরি করা যেতে পারে।

বিশেষ করে, কাছাকাছি-ইনফ্রারেড থেকে মধ্য-ইনফ্রারেড আলোর উত্সগুলির জন্য, কিছু অ্যাপ্লিকেশনের তরঙ্গদৈর্ঘ্য বা তরঙ্গদৈর্ঘ্যের টিউনযোগ্যতা স্ক্যান করার জন্য বিশেষ প্রয়োজনীয়তা রয়েছে এবং কাছাকাছি-ইনফ্রারেড থেকে মধ্য-ইনফ্রারেড তরঙ্গদৈর্ঘ্যের টিউনেবল লেজারগুলিও এই অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।

উদাহরণস্বরূপ, স্পেকট্রোস্কোপিতে, মধ্য-ইনফ্রারেড টিউনেবল লেজারগুলি অপরিহার্য সরঞ্জাম, তা গ্যাস সেন্সিং, পরিবেশ পর্যবেক্ষণ বা রাসায়নিক বিশ্লেষণে হোক না কেন। বিজ্ঞানীরা নির্দিষ্ট আণবিক শোষণ লাইনগুলি সনাক্ত করতে লেজারের তরঙ্গদৈর্ঘ্যকে সঠিকভাবে মধ্য-ইনফ্রারেড পরিসরে অবস্থানের জন্য সামঞ্জস্য করেন। এইভাবে, তারা পদার্থের গঠন এবং বৈশিষ্ট্য সম্পর্কে বিস্তারিত তথ্য পেতে পারে, যেমন গোপনীয়তায় পূর্ণ একটি কোড বুক ক্র্যাক করা।

মেডিকেল ইমেজিংয়ের ক্ষেত্রে, মধ্য-ইনফ্রারেড টিউনেবল লেজারগুলিও একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। এগুলি অ-আক্রমণকারী ডায়াগনস্টিক এবং ইমেজিং প্রযুক্তিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। লেজারের তরঙ্গদৈর্ঘ্যকে সুনির্দিষ্টভাবে টিউন করার মাধ্যমে, মধ্য-ইনফ্রারেড আলো জৈবিক টিস্যুতে প্রবেশ করতে পারে, যার ফলে উচ্চ-রেজোলিউশনের চিত্র তৈরি হয়। এটি রোগ এবং অস্বাভাবিকতা সনাক্তকরণ এবং নির্ণয়ের জন্য গুরুত্বপূর্ণ, যেমন একটি জাদুকরী আলো মানব দেহের অভ্যন্তরীণ গোপনীয়তায় উঁকি দেয়।

প্রতিরক্ষা এবং নিরাপত্তার ক্ষেত্রটি মধ্য-ইনফ্রারেড টিউনেবল লেজারের প্রয়োগ থেকেও অবিচ্ছেদ্য। এই লেজারগুলি ইনফ্রারেড পাল্টা ব্যবস্থায় একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে, বিশেষ করে তাপ-সন্ধানী ক্ষেপণাস্ত্রের বিরুদ্ধে। উদাহরণস্বরূপ, ডিরেকশনাল ইনফ্রারেড কাউন্টারমেজারস সিস্টেম (DIRCM) বিমানকে ট্র্যাক করা এবং ক্ষেপণাস্ত্র দ্বারা আক্রমণ করা থেকে রক্ষা করতে পারে। লেজারের তরঙ্গদৈর্ঘ্য দ্রুত সামঞ্জস্য করে, এই সিস্টেমগুলি আগত ক্ষেপণাস্ত্রগুলির নির্দেশিকা সিস্টেমে হস্তক্ষেপ করতে পারে এবং তাত্ক্ষণিকভাবে যুদ্ধের জোয়ার ঘুরিয়ে দিতে পারে, যেমন আকাশ পাহারা দেওয়া একটি যাদু তরবারি।

রিমোট সেন্সিং প্রযুক্তি হল পৃথিবী পর্যবেক্ষণ ও পর্যবেক্ষণের একটি গুরুত্বপূর্ণ মাধ্যম, যেখানে ইনফ্রারেড টিউনেবল লেজারগুলি একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। পরিবেশগত পর্যবেক্ষণ, বায়ুমণ্ডলীয় গবেষণা এবং পৃথিবী পর্যবেক্ষণের মতো ক্ষেত্রগুলি এই লেজারগুলির ব্যবহারের উপর নির্ভর করে। মিড-ইনফ্রারেড টিউনেবল লেজারগুলি বিজ্ঞানীদের বায়ুমণ্ডলে গ্যাসের নির্দিষ্ট শোষণ লাইন পরিমাপ করতে সক্ষম করে, জলবায়ু গবেষণা, দূষণ পর্যবেক্ষণ এবং আবহাওয়ার পূর্বাভাস দেওয়ার জন্য মূল্যবান ডেটা প্রদান করে, যা একটি জাদু আয়নার মতো যা প্রকৃতির রহস্য দেখতে পারে।

শিল্প সেটিংসে, মধ্য-ইনফ্রারেড টিউনেবল লেজারগুলি নির্ভুল উপাদান প্রক্রিয়াকরণের জন্য ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। লেজারগুলিকে তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সাথে সুর করার মাধ্যমে যা কিছু উপাদান দ্বারা দৃঢ়ভাবে শোষিত হয়, তারা নির্বাচনী বিমোচন, কাটা বা ঢালাই সক্ষম করে। এটি ইলেকট্রনিক্স, সেমিকন্ডাক্টর এবং মাইক্রোমেশিনিংয়ের মতো ক্ষেত্রে নির্ভুল উত্পাদন সক্ষম করে। মিড-ইনফ্রারেড টিউনেবল লেজারটি একটি সূক্ষ্মভাবে পালিশ করা খোদাই ছুরির মতো, যা শিল্পকে সূক্ষ্মভাবে খোদাই করা পণ্যগুলি তৈরি করতে এবং প্রযুক্তির উজ্জ্বলতা দেখাতে দেয়।

3. কাছাকাছি-ইনফ্রারেড থেকে মধ্য-ইনফ্রারেড টিউনেবল লেজার পণ্যের ধরন এবং নির্বাচন বৈশিষ্ট্য

অনেক প্রযুক্তি কাছাকাছি-ইনফ্রারেড থেকে মধ্য-ইনফ্রারেড লেজার তৈরি করতে পারে, যেমন প্রাথমিক টারনারি সীসা যৌগ বা কোয়াটারনারি যৌগগুলির উপর ভিত্তি করে বিভিন্ন ধরণের সীসা লবণ লেজার, পাশাপাশি সাধারণ ডোপড ইনসুলেটর বাল্ক লেজার, বিভিন্ন ফাইবার লেজার এবং কার্বন ডাই অক্সাইড গ্যাস লেজার। অপেক্ষা করুন, এখানে আমরা বেশ কয়েকটি লেজার নীতি প্রযুক্তি এবং পণ্যগুলির উপর ফোকাস করি যেগুলি কাছাকাছি-ইনফ্রারেড থেকে মধ্য-ইনফ্রারেড পর্যন্ত বিস্তৃত তরঙ্গদৈর্ঘ্যের মধ্যে টিউন করা যেতে পারে।

①অপটিক্যাল প্যারামেট্রিক অসিলেটর, এমপ্লিফায়ার এবং জেনারেটর (OPO এবং OPA)

একটি ননলিনিয়ার ফ্রিকোয়েন্সি কনভার্সন সিস্টেমে, একটি কাছাকাছি-ইনফ্রারেড লেজার, পাম্প অপটিক্যাল প্যারামেট্রিক অসিলেটর (OPO), অ্যামপ্লিফায়ার (OPA) বা জেনারেটর (OPG) মধ্য-ইনফ্রারেড বর্ণালী অঞ্চলে আইডলার আলো তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে, যেমন:
ন্যানোসেকেন্ডের ওপিও মিড-ইনফ্রারেড লেজারগুলিতে, কিউ-সুইচড লেজারগুলি পাম্প উত্স হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। এই জাতীয় অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য ব্যবহৃত সাধারণ স্ফটিক উপকরণগুলি হল জিঙ্ক জার্মেনিয়াম ফসফাইড (ZGP, ZnGeP2), সিলভার গ্যালিয়াম সালফাইড এবং সেলেনাইড (AgGaS2, AgGaSe2), গ্যালিয়াম সেলেনাইড (GaSe) এবং ক্যাডমিয়াম সেলেনাইড (CdSe)।
যেহেতু এই উপাদানগুলির মধ্যে অনেকগুলি 1 μm অঞ্চলে অস্বচ্ছ, তাই প্রায়শই সিরিজে OPO ব্যবহার করা প্রয়োজন: প্রথম OPO 1 μm লেজার বিকিরণকে একটি দীর্ঘতর তরঙ্গদৈর্ঘ্যে রূপান্তর করে, যা পরে প্রকৃত মধ্য-ইনফ্রারেড OPO পাম্প করতে ব্যবহৃত হয়। পরেরটির সংকেত এবং নিষ্ক্রিয় ফ্রিকোয়েন্সি উভয়ই মধ্য-ইনফ্রারেড বর্ণালী অঞ্চলে হতে পারে।
1064 nm মোড-লক করা পিকোসেকেন্ড Nd:YVO4 লেজারটিও OPO এবং LiNbO3 স্ফটিকগুলিকে সিঙ্ক্রোনাসভাবে পাম্প করতে ব্যবহার করা যেতে পারে, যাতে আইডলার লাইট আউটপুট 4 μm বা এমনকি 4.5 μm পর্যন্ত পৌঁছতে পারে৷ এর তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সীমাবদ্ধতা মূলত দীর্ঘ তরঙ্গদৈর্ঘ্যে অলস আলো শোষণ বৃদ্ধির চেয়ে উচ্চতর। অতএব, এই নীতির উপর ভিত্তি করে OPO গুলির সাধারণত একটি অনুরণন সংকেত থাকে। এই ধরনের একটি যন্ত্র সহজেই দশ মিলিজুলে শক্তির সাথে ডাল তৈরি করতে পারে। আউটপুট তরঙ্গদৈর্ঘ্য শত শত ন্যানোমিটারের উপরে টিউনযোগ্য।

②CWOPO

সাধারণ ওপিও-র পালস উত্তেজনার সাথে তুলনা করে, সাম্প্রতিক CWOPO প্রযুক্তি পণ্যগুলি নিম্নলিখিত কাঠামোর উপর ভিত্তি করে মধ্য-ইনফ্রারেড লেজার সরবরাহ করে:

1) DFB ফাইবার লেজার এবং পরিবর্ধক;

2) DFB ফাইবার লেজার নিয়ন্ত্রণ;

3) OPO অপটিক্যাল অংশ এবং নিয়ন্ত্রণ;
এই ধরনের পণ্য 1435-4138 এনএম (6969-2416 সেমি-1) এর মধ্য-ইনফ্রারেড পরিসরে ক্রমাগত সামঞ্জস্যযোগ্য আউটপুট তরঙ্গদৈর্ঘ্য সরবরাহ করতে পারে। একই সময়ে, পালস OPO এর তুলনায়, এই ধরনের পণ্য চমৎকার লাইন প্রস্থ প্রদান করতে পারে। (<100 MHz). This makes it possible for such products to be optimized in applications such as infrared calibration and spectral analysis.

③কোয়ান্টাম ক্যাসকেড লেজার

কোয়ান্টাম ক্যাসকেড লেজারগুলি সেমিকন্ডাক্টর লেজারের ক্ষেত্রে একটি অপেক্ষাকৃত নতুন বিকাশের দিক।

ইন্টার-ব্যান্ড ট্রানজিশনের উপর ভিত্তি করে কোয়ান্টাম ক্যাসকেড লেজার এবং প্রারম্ভিক মিড-ইনফ্রারেড সেমিকন্ডাক্টর লেজারের মধ্যে পার্থক্য হল যে এটি ইন্টার-সাব-ব্যান্ড ট্রানজিশনের উপর ভিত্তি করে কাজ করে।

এটি কোয়ান্টাম ক্যাসকেড লেজারগুলিকে সেমিকন্ডাক্টর স্তরের কাঠামোর বিশদ প্রকৌশলী করতে সক্ষম করে যাতে স্থানান্তর ফোটন শক্তি (এবং তাই তরঙ্গদৈর্ঘ্য) বিস্তৃত পরিসরে পরিবর্তিত হতে পারে। এছাড়াও, কিছু গুরুত্বপূর্ণ তরঙ্গদৈর্ঘ্য টিউনিং রেঞ্জ (কখনও কখনও কেন্দ্রীয় তরঙ্গদৈর্ঘ্যের 10% ছাড়িয়ে যায়) বাহ্যিক গহ্বর ডিভাইসগুলির মাধ্যমেও আচ্ছাদিত করা যেতে পারে।

যদিও ক্রায়োজেনিক কুলিং বর্তমানে সর্বোত্তম কর্মক্ষমতা অর্জনের জন্য প্রয়োজন, অনেক কোয়ান্টাম ক্যাসকেড লেজার এখনও ঘরের তাপমাত্রায়, এমনকি ক্রমাগতভাবে পরিচালিত হতে পারে। কোয়ান্টাম ক্যাসকেড লেজারগুলি স্পন্দিত লেজারগুলি তৈরি করতেও ব্যবহার করা যেতে পারে যার পালস টাইম 1 এনএসের নীচেও রয়েছে, যদিও সর্বোচ্চ শক্তিটি সীমিত।

শক্তির পরিপ্রেক্ষিতে, যদিও এর আউটপুট পাওয়ার অপ্টিমাইজেশনের মাধ্যমে 1 ওয়াট পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে, এই ধরনের লেজারের আউটপুট পাওয়ার এখনও সাধারণ ইনফ্রারেড লেজারের তুলনায় কম। কারণ, কোয়ান্টাম ক্যাসকেড লেজারের ক্ষেত্রে, যা প্রধানত স্পেকট্রোস্কোপিতে ব্যবহৃত হয়, কোয়ান্টাম ক্যাসকেড লেজারগুলি নিম্ন ফোনন শক্তির সাথে পরিবর্তনের মধ্যে সীমাবদ্ধ।

এখানে কিছু সাধারণ পরামিতি এবং প্রকার রয়েছে:
CW-DFB লেজার টিউব 800 সেমি-1-2320 সেমি-1
স্পন্দিত ডিএফবি লেজার টিউব 700 সেমি-1-2350 সেমি-1
রেফ্রিজারেটেড ডিএফবি লেজার টিউব 645 সেমি-1-2370 সেমি-1

ওপিও (অপটিক্যাল প্যারামেট্রিক অসিলেটর) এবং কোয়ান্টাম ক্যাসকেড হল মধ্য-ইনফ্রারেড লেজার প্রজন্মের দুটি সাধারণভাবে ব্যবহৃত প্রযুক্তি, এবং তাদের কিছু উল্লেখযোগ্য প্রয়োগের পার্থক্য রয়েছে।

OPO (অপটিক্যাল প্যারামেট্রিক অসিলেটর, অপটিক্যাল প্যারামেট্রিক অসিলেটর):

OPO হল একটি ননলিনিয়ার অপটিক্যাল ডিভাইস যা মধ্য-ইনফ্রারেড ব্যান্ড সহ নতুন তরঙ্গদৈর্ঘ্য তৈরি করতে অরৈখিক অপটিক্যাল ক্রিস্টাল বা অপটিক্যাল ফাইবারগুলিতে প্যারামেট্রিক প্রক্রিয়া ব্যবহার করে। ওপিও একটি পাম্প আলোর উত্সের মাধ্যমে প্যারামেট্রিক দোলনকে উত্তেজিত করে, যেখানে অসিলেটরের অরৈখিক উপকরণগুলি পাম্পের আলোকে সংকেত আলো এবং সহায়ক আলোতে বিভক্ত করে। সিগন্যাল আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য মধ্য-ইনফ্রারেড পরিসরে টিউনযোগ্য, যখন সহায়ক আলো পাম্প আলোর উত্সের প্রতিক্রিয়া হিসাবে কাজ করে। OPO এর উচ্চ রূপান্তর দক্ষতা এবং ব্যাপক ফ্রিকোয়েন্সি টিউনিং পরিসীমা রয়েছে, তাই এটি মধ্য-ইনফ্রারেড লেজার গবেষণা এবং অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।

আবেদনের পার্থক্য: ফ্রিকোয়েন্সি টিউনেবিলিটি প্রয়োজন এমন অ্যাপ্লিকেশনের জন্য ওপিও উপযুক্ত। পাম্প লাইটের ফ্রিকোয়েন্সি বা ননলাইনার ক্রিস্টালের ফেজ ম্যাচিং অবস্থার সামঞ্জস্য করে, মধ্য-ইনফ্রারেড পরিসরে ক্রমাগত টিউনযোগ্য লেজার আউটপুট অর্জন করা যেতে পারে। OPO বর্ণালী বিশ্লেষণ, গ্যাস সনাক্তকরণ, বায়োমেডিকাল ইমেজিং এবং অন্যান্য ক্ষেত্রগুলিতে ব্যবহার করা যেতে পারে এবং এটি বিশেষত এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য উপযুক্ত যেগুলির জন্য উচ্চ-সংবেদনশীলতা বিশ্লেষণ বা মধ্য-ইনফ্রারেড ব্যান্ডে মাইক্রোস্কোপিক ইমেজিং প্রয়োজন।

কোয়ান্টাম ক্যাসকেড:

কোয়ান্টাম ক্যাসকেড লেজার একটি সেমিকন্ডাক্টর সুপারল্যাটিস কাঠামোর উপর ভিত্তি করে একটি লেজার যা কোয়ান্টাম ক্যাসকেড প্রক্রিয়ার মাধ্যমে মধ্য-ইনফ্রারেড লেজারের আলো তৈরি করে। একটি কোয়ান্টাম ক্যাসকেড লেজারে, ইলেকট্রনগুলি একাধিক শক্তি ব্যান্ডের মধ্যে একটি ধাপে ধাপে রূপান্তর প্রক্রিয়ার মাধ্যমে শক্তি প্রকাশ করে, ক্রমাগত সুরযোগ্য মধ্য-ইনফ্রারেড বিকিরণ তৈরি করে।

প্রয়োগের পার্থক্য: কোয়ান্টাম ক্যাসকেড লেজারগুলির উচ্চ শক্তি এবং সংকীর্ণ বর্ণালী লাইনউইথ রয়েছে এবং উচ্চ-রেজোলিউশনের বর্ণালী পরিমাপ, লিডার, ইনফ্রারেড ইমেজিং এবং অন্যান্য ক্ষেত্রের জন্য উপযুক্ত। কোয়ান্টাম ক্যাসকেড লেজারগুলি উচ্চ-তাপমাত্রার পরিবেশেও কাজ করতে পারে, তাই তারা এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য উপযুক্ত যেগুলির জন্য কঠোর পরিস্থিতিতে মধ্য-ইনফ্রারেড লেজারের প্রয়োজন হয়, যেমন শিল্প পরিদর্শন, পরিবেশগত পর্যবেক্ষণ ইত্যাদি।

সংক্ষেপে, OPO প্রধানত উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি টিউনেবিলিটি সহ অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য ব্যবহৃত হয়, যখন কোয়ান্টাম ক্যাসকেড লেজারগুলি উচ্চ শক্তি, সংকীর্ণ লাইনউইথ এবং উচ্চ তাপমাত্রার জন্য আরও উপযুক্ত।

প্যারামিটার মান পার্থক্যের নির্দিষ্ট তুলনা পণ্য মডেল এবং প্রস্তুতকারকের দ্বারা পরিবর্তিত হয়। নিম্নলিখিত কিছু সাধারণ পরামিতি তুলনা উদাহরণ:

——ফ্রিকোয়েন্সি টিউনেবিলিটি:

OPO: ক্রমাগত টিউনযোগ্য মধ্য-ইনফ্রারেড লেজার আউটপুট অর্জন করা যেতে পারে, একটি ফ্রিকোয়েন্সি পরিসীমা সাধারণত কয়েকশ মেগাহার্টজ থেকে কয়েক গিগাহার্টজ বা তার চেয়েও বেশি।

কোয়ান্টাম ক্যাসকেড: ফ্রিকোয়েন্সি টিউনিং পরিসীমা তুলনামূলকভাবে সংকীর্ণ, সাধারণত দশ থেকে শত শত মেগাহার্টজ বা সংকীর্ণ।

——আউটপুট শক্তি এবং দক্ষতা:

OPO: আউটপুট পাওয়ার সাধারণত কয়েকশ মিলিওয়াট থেকে কয়েক ওয়াটের মধ্যে থাকে এবং রূপান্তর দক্ষতা 10% এর বেশি পৌঁছাতে পারে।

কোয়ান্টাম ক্যাসকেড: আউটপুট শক্তি সাধারণত দশ থেকে শত শত মিলিওয়াটের পরিসরে থাকে এবং রূপান্তর দক্ষতা 20% এর বেশি পৌঁছাতে পারে।

——স্পেকট্রাল লাইনউইথ:

OPO: বর্ণালী লাইনউইথ সংকীর্ণ, সাধারণত কয়েক গিগাহার্টজ থেকে দশ মেগাহার্টজ পর্যন্ত।

কোয়ান্টাম ক্যাসকেড: বর্ণালী লাইনউইথ তুলনামূলকভাবে বিস্তৃত, সাধারণত দশ গিগাহার্টজ থেকে শত শত মেগাহার্টজ পরিসরে।

--অপারেটিং তাপমাত্রা:

OPO: এটি সাধারণত আরও স্থিতিশীল ঘরের তাপমাত্রায় বা ঘরের তাপমাত্রার কাছাকাছি কাজ করতে হয়।

কোয়ান্টাম ক্যাসকেড: উচ্চ অপারেটিং তাপমাত্রায় কাজ করতে পারে, সাধারণত ঘরের তাপমাত্রার উপরে, এমনকি দশ ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত।

এটি লক্ষ করা উচিত যে এই মানগুলি শুধুমাত্র সাধারণ রেফারেন্সের জন্য এবং সমস্ত বাণিজ্যিক পণ্যের নির্দিষ্ট পরামিতিগুলিকে প্রতিনিধিত্ব করে না। প্রকৃত পরামিতিগুলি পণ্যের মডেল, প্রযুক্তিগত অগ্রগতি এবং প্রস্তুতকারকের নকশা এবং কর্মক্ষমতা প্রয়োজনীয়তার উপর নির্ভর করে। একটি নির্দিষ্ট বাণিজ্যিক পণ্য নির্বাচন করার সময়, সঠিক প্যারামিটার তথ্যের জন্য প্রস্তুতকারকের দ্বারা প্রদত্ত পণ্যের স্পেসিফিকেশন শীট এবং প্রযুক্তিগত ডকুমেন্টেশন উল্লেখ করা ভাল।

④Supercontinuum আলোর উৎস

সুপারকন্টিনিয়াম জেনারেশনের উপর ভিত্তি করে কিছু আলোর উত্স রয়েছে যা মধ্য-ইনফ্রারেড ব্যান্ডের একটি বড় অংশ বিস্তৃত করে। এই ধরনের একটি আলোর উত্স নির্দিষ্ট মধ্য-ইনফ্রারেড অপটিক্যাল ফাইবারের উপর ভিত্তি করে কাজ করতে পারে, যার মাধ্যমে শক্তিশালী অরৈখিক মিথস্ক্রিয়া তৈরি করতে তীব্র আলোর ডাল পাঠানো হয়।

যদি টিউনযোগ্য সংকীর্ণ লাইনউইথ আলো প্রয়োজন হয়, টিউনযোগ্য ফিল্টারগুলি বিস্তৃত বর্ণালী আলো থেকে পছন্দসই বর্ণালী উপাদানগুলি বের করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। কিছু ক্ষেত্রে, সমগ্র বর্ণালী ব্যবহার করা হয়। একটি উদাহরণ হল অপটিক্যাল কোহেরেন্স টমোগ্রাফি (ওসিটি)। এই প্রক্রিয়াটি প্রায়শই ছোট তরঙ্গদৈর্ঘ্য ব্যান্ডে সঞ্চালিত হয়। যাইহোক, এই অ্যাপ্লিকেশনে মধ্য-ইনফ্রারেড আলোর সুবিধা হল যে মধ্য-ইনফ্রারেড আলো কম বিক্ষিপ্ত হয়। সংক্ষিপ্ত তরঙ্গদৈর্ঘ্যের ব্যান্ডগুলির সাথে তুলনা করে, এর গভীরে প্রবেশ করার ক্ষমতা রয়েছে।

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 mW/ nm ), এটির প্রথাগত লেজারের তুলনায় ব্যাপক ব্যান্ডউইথ, উচ্চ স্থানিক সমন্বয়, দিকনির্দেশনা এবং উজ্জ্বলতা রয়েছে।

⑤মাইক্রো মিড-ইনফ্রারেড আলোর উৎস

বর্তমানে সিলিকন ফোটোনিক্স প্ল্যাটফর্মের উপর ভিত্তি করে মিড-ইনফ্রারেড অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য ফোটোনিক ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটগুলি বিকাশের অনেক প্রচেষ্টা রয়েছে। দুর্ভাগ্যবশত, একটি চিপে মধ্য-ইনফ্রারেড আলোর উৎস বাস্তবায়ন করা সহজ নয়, যা অনেক সম্ভাব্য পদ্ধতির উপর গবেষণার দিকে পরিচালিত করেছে। একটি উদাহরণ হল অন্যান্য সেমিকন্ডাক্টরগুলিতে আলোর উত্সগুলিকে একীভূত করা, এবং যদিও এটি প্রযুক্তিগত অসুবিধাগুলি উপস্থাপন করে, এছাড়াও ফ্লিপ-চিপ বন্ধন প্রযুক্তি জড়িত উদাহরণও রয়েছে। আরেকটি সম্ভাবনা হল ব্ল্যাকবডি ইমিটার (→ তাপীয় বিকিরণ) বা আলোকিত পদার্থকে একীভূত করা, যদিও এর ফলে স্থানিকভাবে সুসঙ্গত বিকিরণ ঘটে না।

অরৈখিক ফ্রিকোয়েন্সি রূপান্তরের উপর ভিত্তি করে অন্যান্য পদ্ধতি রয়েছে, ফোর-ওয়েভ মিক্সিং বা উদ্দীপিত রমন স্ক্যাটারিংয়ের জন্য কের অরৈখিকতা ব্যবহার করে। এবং মাইক্রোরেসোনেটর ব্যবহার করে, ফ্রিকোয়েন্সি চিরুনিও তৈরি করা যেতে পারে।

ছাড়াও

নিম্নে কিছু মধ্য-ইনফ্রারেড আলোর উত্স রয়েছে যা কম ঘন ঘন ব্যবহৃত হয়। যেহেতু এগুলি ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় না, সেগুলি এখানে খুব বেশি বিশদে আলোচনা করা হবে না, যেমন ফ্রি ইলেক্ট্রন লেজার এবং ফ্রিকোয়েন্সি-ডবল CO₂ লেজার।

উপরের উপর ভিত্তি করে, বিভিন্ন লেজার প্রকারের তুলনা এবং নির্বাচনের জন্য নিম্নলিখিতটি একটি রেফারেন্স: