মধ্য-ইনফ্রারেড ফাইবার লেজার প্রযুক্তি এবং অ্যাপ্লিকেশনগুলির গভীর বিশ্লেষণ

2um-5um মিড-ইনফ্রারেড লেজারের নিজস্ব অনন্য অ্যাপ্লিকেশন রয়েছে: এই ব্যান্ডটি বেশ কয়েকটি বায়ুমণ্ডলীয় উইন্ডো কভার করে, এটিকে LIDAR, বায়ুমণ্ডলীয় যোগাযোগ, লেজারের রেঞ্জিং, অতি-উচ্চ রেজোলিউশনের জ্যোতির্বিদ্যাগত স্পেকট্রোমিটারের ক্রমাঙ্কন, এবং অপটোইলেক্ট্রনিক সনাক্তকরণের জন্য উপযোগী করে তোলে। ইত্যাদি [১]; মধ্য-ইনফ্রারেড ব্যান্ডে "আণবিক আঙ্গুলের ছাপ" নামে পরিচিত বৈশিষ্ট্যযুক্ত বর্ণালী রেখা রয়েছে যা উচ্চ গতি, উচ্চ রেজোলিউশন, উচ্চ বর্ণালী সংবেদনশীলতা, মধ্য-ইনফ্রারেড স্পেকট্রোস্কোপি পরিমাপের উচ্চ সংকেত-টু-শব্দ অনুপাতের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে [2] ; 3um এর আশেপাশে থাকা জলের অণুগুলির একটি শক্তিশালী শোষণের শিখর রয়েছে যাতে এটি অনেক চিকিৎসা ক্রিয়াকলাপে ব্যবহার করা যেতে পারে; শোষণ বর্ণালী ব্যান্ডের আণবিক সমযোজী বন্ধনে অবস্থিত, যা আণবিক বিষয়বস্তু সনাক্তকরণ এবং আণবিক প্রকার সনাক্তকরণ, আণবিক ইমেজিং এবং আরও কিছু অর্জনের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে।

বাণিজ্যিকভাবে উপলব্ধ মধ্য-ইনফ্রারেড লেজারের উত্সগুলির মধ্যে রয়েছে OPO প্যারামেট্রিক অসিলেটিং লেজার, সুপারকন্টিনিয়াম বর্ণালী আলোর উত্স, কোয়ান্টাম ক্যাসকেড লেজার এবং ফাইবার লেজারগুলি।

মধ্য-ইনফ্রারেড ফাইবার লেজার, মধ্য-ইনফ্রারেড ফাইবার উপলব্ধি অনুসারে সক্রিয় এবং প্যাসিভ দিকগুলিতে বিভক্ত করা যেতে পারে, প্রধানত ডোপড রেয়ার আর্থের উপর ভিত্তি করে মধ্য-ইনফ্রারেড লেজার সহ, যেমন Er3 প্লাস, Dy3 প্লাস ডপড ZBLAN ফাইবার লেজার। ; অরৈখিক প্রভাবের উপর ভিত্তি করে মধ্য-ইনফ্রারেড লেজার, যেমন রমন লেজার, লেজারের সুপার-কন্টিনিয়াম স্পেকট্রাম; ফাঁপা-কোর অপটিক্যাল ফাইবারের উপর ভিত্তি করে বিশেষ তরঙ্গগাইড কাঠামো সহ, বিভিন্ন গ্যাসের সাথে বিভিন্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্য অর্জন করতে। মধ্য-ইনফ্রারেড লেজারের বিভিন্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্য। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, ফাইবার লেজার প্রযুক্তির ক্রমাগত বিকাশ এবং পরিপক্কতার সাথে, মধ্য-ইনফ্রারেড লেজার প্রযুক্তির চারপাশে গবেষণা গরম, সম্পর্কিত পরীক্ষা-নিরীক্ষা এবং পণ্যের প্রতিবেদনগুলি অন্তহীন, এবং এখানে আমরা কেবলমাত্র একক-তরঙ্গদৈর্ঘ্য মধ্য-ইনফ্রারেড ফাইবার লেজার ভিত্তিক আলোচনা করি। সক্রিয় ফাইবার লাভের উপর।

এর: ZBLAN ফাইবার অপটিক

একটি বিরল পৃথিবীর উপাদান হিসাবে একটি সমৃদ্ধ শক্তি স্তরের কাঠামো রয়েছে, কণাগুলি 655 এনএম, 790 এনএম এবং 980 এনএম পাম্প তরঙ্গদৈর্ঘ্যে স্থল অবস্থা শোষণের মাধ্যমে উচ্চ শক্তির স্তরে উত্তেজিত হয় এবং 1.55 um নির্গমন থেকে বিকিরণ স্থানান্তর দ্বারা উত্পাদিত হতে পারে। 4I13/2 শক্তি স্তর থেকে 4I15/2 শক্তি স্তর, এবং 4I11/2 শক্তি স্তর থেকে 4I13/2 শক্তি স্তরে স্থানান্তর করে 2.8 um নির্গমন। কণা 4F9/2 শক্তি স্তর থেকে 4I9/2 শক্তি স্তরে 3.5um নির্গমন উৎপন্ন করতে পারে। বর্তমানে, উচ্চ ঘনত্বের ডোপড Er: ZBLAN ফাইবার থেকে 2.8um লেসিং প্রাপ্ত করার জন্য এটি একটি অপেক্ষাকৃত মূলধারার পদ্ধতি [৪]

ফ্লোরাইড ফাইবার ব্যবহার করা হয় 2-3um হালকা আউটপুটের জন্য, সালফাইড ফাইবার ব্যবহার করা হয় 3-6.5um হালকা আউটপুটের জন্য, এবং 6.5um এর চেয়ে বেশি তরঙ্গদৈর্ঘ্য হ্যালাইড ফাইবার দিয়ে আউটপুট হতে পারে। ফ্লোরাইড ফাইবার প্রধানত অ্যালুমিনিয়াম ফ্লোরাইড (AlF3), ZBLAN (53 শতাংশ ZrF4-20 শতাংশ BaF2-4 শতাংশ LaF3-3 শতাংশ AlF3-20 শতাংশ NaF) বা ইন্ডিয়াম ফ্লোরাইড (InF3) , ইত্যাদি ফ্লোরাইড মাল্টি-কম্পোনেন্ট গ্লাস ফাইবারের ম্যাট্রিক্স উপাদান হিসাবে। ZBLAN এর মধ্যে একটি বর্তমানে সর্বাধিক ব্যবহৃত অপটিক্যাল ফাইবার, বিরল আর্থ ডোপিং অর্জন করা যেতে পারে, সিলিকন-ভিত্তিক অপটিক্যাল ফাইবারের সাথে এর ফিউশন স্প্লিসিং প্রক্রিয়া তুলনামূলকভাবে পরিপক্ক, বাণিজ্যিক অপটিক্যাল ফাইবার ফিউশন স্প্লিসিং মেশিন ব্যবহার করা যেতে পারে, InF এবং AlF ফাইবার ব্যবহার করা যেতে পারে। একটি ফাইবার অপটিক ডিভাইস (যেমন বিম কম্বাইনার) এবং ফাইবার অপটিক শেষ ক্যাপ উত্পাদন হিসাবে ব্যবহৃত হয়। কিন্তু সহজে আর্দ্রতা ফ্লোরাইড ফাইবারের প্রধান অসুবিধা।

2.8um মধ্য-ইনফ্রারেড একটানা ফাইবার লেজার

1988 সালে, Brierley প্রথম 2.7um Er3 প্লাস ডোপড ফাইবার লেজারের রিপোর্ট করেছিলেন[5]।

1999 সালে, Er:ZBLAN ফাইবার লেজারের আউটপুট পাওয়ার ওয়াট স্কেলে একটি অগ্রগতি অর্জন করেছে, এবং জ্যাকসন এট আল[6] Er3 প্লাস / Pr3 প্লাস সহ-ডোপড ZBLAN ফাইবার ব্যবহার করে 1.7 ওয়াট লেজার আউটপুট অর্জন করেছে।

21 শতকে, ফাইবার প্রস্তুতি প্রযুক্তি এবং ফাইবার লেজার প্রযুক্তির বিকাশের সাথে, 3um-ব্যান্ড লেজারের শক্তি আরও বৃদ্ধি করা হয়েছিল। এর মধ্যে জাপানের কিয়োটো বিশ্ববিদ্যালয়, অস্ট্রেলিয়ার অ্যাডিলেড বিশ্ববিদ্যালয়, কানাডার লাভাল ইউনিভার্সিটি এবং চীনের শেনজেন ইউনিভার্সিটি গবেষণাগারে অত্যন্ত চমৎকার পরীক্ষামূলক অগ্রগতির কথা জানিয়েছে।

2015 সালে, কানাডার লাভাল ইউনিভার্সিটি থেকে ফোর্টিন এট আল [7], 30.5 ওয়াট আউটপুট পাওয়ার এবং 2938 এনএম আউটপুট তরঙ্গদৈর্ঘ্য সহ একটি Er3 প্লাস ডপড ফ্লোরাইড ফাইবার লেজার রিপোর্ট করেছে। সিস্টেমটি ইন্ট্রা-কোর এচিং-এর উপর ভিত্তি করে একটি ফাইবার ব্র্যাগ গ্রেটিং ব্যবহার করেছিল, অর্থাৎ, ZBLAN এবং Er:ZBLAN ফাইবারগুলিতে যথাক্রমে উচ্চ এবং নিম্ন প্রতিফলন গ্রেটিংগুলি খোদাই করা হয়েছিল, একটি 10 ​​মিটার দীর্ঘ অনুরণিত গহ্বর তৈরি করতে এবং ফাইবার টেইলের প্রান্তটি সংযুক্ত ছিল। 980 এনএম পাম্পিং-এ মোট লেজারের দক্ষতা 16 শতাংশ সহ লেজারের স্থিতিশীলতা উন্নত করার জন্য একটি AlF3 এন্ডক্যাপ সহ।

2018 সালে, আয়দিন এট আল [8], লাভাল ইউনিভার্সিটি, কানাডা, Er:ZBLAN ফাইবারের একটি সম্পূর্ণ অংশের মধ্যে গ্রেটিং এচিং সম্পন্ন করেছে এবং একটি ডুয়াল-পাম্পিং মোডে একটি অবিচ্ছিন্ন ফাইবার লেজার ব্যবহার করে 2.8 um এ 41.6 W এর লেজার আউটপুট অর্জন করেছে। . এটি একটি Er:ZBLAN মধ্য-ইনফ্রারেড ফাইবার লেজারের সর্বাধিক পরিচিত রিপোর্ট করা আউটপুট শক্তি।

2021 সালে, Shenzhen University থেকে Chunyu Guo et al[10] চীনে 20W শক্তিতে একটি অল-ফাইবার কাঠামো সহ প্রথম 2.8um মিড-ইনফ্রারেড লেজার আউটপুট রিপোর্ট করেছে। ব্যবহৃত Er3 প্লাস :ZrF4 ডোপড ফাইবারটির ব্যাস 15um, একটি সংখ্যাসূচক অ্যাপারচার NA প্রায় 0.12, মোট দৈর্ঘ্য 6.5m, একটি শোষণ সহগ 2-3dB/m@976nm, এবং একটি উচ্চ-প্রতিফলিত গ্রেটিং (99 শতাংশ HR-FBG) এবং একটি নিম্ন-প্রতিফলিত ঝাঁঝরি (10 শতাংশ OC-FBG) সরাসরি গেইন ফাইবারে খোদাই করা, যার কেন্দ্র তরঙ্গদৈর্ঘ্য 2825 nm, যা Er ফাইবারের সাথে একটি অনুরণন গহ্বর গঠন করে। চিত্রে দেখানো হয়েছে। ▼ সিলিকন-ভিত্তিক এবং ZBLAN ফাইবারগুলির ফিউশন বন্ধন প্রক্রিয়া, সেইসাথে শেষ ক্যাপ এবং প্যাসিভ ফাইবারের ফিউশন বন্ধন প্রক্রিয়া, স্বাধীনভাবে রিপোর্টারের দল দ্বারা বিকশিত হয়েছিল, যা ক্ল্যাডিং অপটিক্যাল ফিল্টারগুলি তৈরি করেছিল এবং AlF3 ফাইবার শেষ ক্যাপ. অপটিক্যাল থেকে অপটিক্যাল রূপান্তর দক্ষতা 14.5 শতাংশ যখন পাম্পের শক্তি 140W হয়, 输出功率20.3W@2.8um।

In 2023, the output power of a single-ended pumped mid-infrared fiber laser was increased to 33.8 W using a coated reflector and a homemade high-performance mid-infrared fiber endcap to provide resonant cavity feedback, combined with an efficient coupling technique for high-power pumped light, and the highest laser efficiency was obtained at a power level of >30 W. [21]

বছরের পর বছর প্রচেষ্টার পর, ফাইবার লেজারের কর্মীরা, মধ্য-ইনফ্রারেড ফাইবারের প্রক্রিয়াকরণকে ব্যাপকভাবে অপ্টিমাইজ করেছেন, বাণিজ্যিক বিশেষ ফাইবার প্রক্রিয়াকরণ সরঞ্জামের বর্তমান ব্যবহার, আপনি কম ফিউশন লস পেতে পারেন, মিড-ইনফ্রারেড মোড ফিল্ড ম্যাচার, কম্বাইনার/স্প্লিটারে ব্যবহার করা হয় , আউটপুট শেষ ক্যাপ, এবং অন্যান্য ডিভাইসের বিভিন্ন, যাতে মধ্য-ইনফ্রারেড আলোর উৎসের পণ্য-স্তরের অল-ফাইবার কাঠামো চালু করা যায়।

মধ্য-ইনফ্রারেড Q-স্পন্দিত ফাইবার লেজার

2020 সালে, Sojka et al [11] একটি 30 W 975 nm লেজার পাম্প করা 15 um কোর ব্যাস, 7 শতাংশ মোলার ঘনত্ব Er:ZBLAN ডাবল ক্ল্যাডিং ফাইবার ব্যবহার করে একটি ফাইবারের অ্যাকোস্টো-অপটিক Q-মডুলেটেড আউটপুট অর্জন করতে 10 kHz এর পুনরাবৃত্তি ফ্রিকোয়েন্সিতে 2.8 um এর তরঙ্গদৈর্ঘ্যের লেজার এবং 1. 1 মিটার দীর্ঘ Er: ZBLAN ফাইবার 0. 821 kW এর সর্বোচ্চ শক্তির পালস সহ 46 uJ এর পালস শক্তি সহ একটি লেজার আউটপুট 56 এনএস এর পালস প্রস্থ। 2021, তারা একটি Er:ZBLAN মাল্টিমোড ফাইবার ব্যবহার করেছে যার মূল ব্যাস 35um এবং একটি পালস প্রস্থ 26 ns যার সর্বোচ্চ শক্তি 12.7 কিলোওয়াট এবং 330 uJ এর একটি পালস শক্তি রয়েছে [12]।

2021 সালে, শেন এট আল। ইলেক্ট্রো-অপ্টিক Q মড্যুলেশন ব্যবহার করে 2.8um এর প্রথম স্পন্দিত লেজার আউটপুট অর্জন করেছে। একটি ZBLAN ফাইবার যার মূল ব্যাস 33um ডোপড যার 6 শতাংশ ইআর ঘনত্ব ছিল তা NA 0.12 এর সাথে লাভের মাধ্যম হিসাবে ব্যবহার করা হয়েছিল, এবং ইলেক্ট্রো-অপ্টিক মডুলেটরকে 13.1ns পালস শক্তি 205.7 এর পালস প্রস্থ সহ একটি RTP ক্রিস্টাল হিসাবে নির্বাচিত করা হয়েছিল। uJ এবং 15.7kW এর পিক পাওয়ার, যা সর্বোচ্চ পিক পাওয়ার Er:ZBLAN মড্যুলেটেড Q ফাইবার লেজার বলে জানা গেছে।

মিড-ইনফ্রারেড মোড-লক করা আল্ট্রাফাস্ট ফাইবার লেজার

2um লেজারের আউটপুটের জন্য সিলিকন-ভিত্তিক ফাইবারগুলিতে টিএম-ডোপড ফাইবার রয়েছে এবং প্রযুক্তিটি তুলনামূলকভাবে পরিপক্ক হয়েছে, ফাইবার এবং ডিভাইস প্রযুক্তি পরিপক্ক হওয়ার সাথে সাথে একের পর এক উচ্চতর বৈশিষ্ট্যগুলি অর্জন করা হচ্ছে।

2018 সালে, জেনা ইউনিভার্সিটি রিপোর্ট করেছে 1000 ওয়াট গড় শক্তি, 2um আল্ট্রাফাস্ট লেজারের 256 fs একটি Tm-ডোপড ফোটোনিক ক্রিস্টাল ফাইবার ব্যবহার করে একটি বড় মোড-ফিল্ড এলাকা, 50/{{7}Tm-PM-PCF। এটি এখনও পর্যন্ত অনুরূপ পরীক্ষার জন্য সর্বোচ্চ মেট্রিক্স।

2um এর উপরে তরঙ্গদৈর্ঘ্য ব্যান্ডের জন্য, বর্তমান ফাইবার লেজারের গবেষণার বেশিরভাগ কাজ প্যাসিভ মোড-লকিং প্রযুক্তি গ্রহণ করে, প্রধানত স্যাচুরেবল শোষণের পাশাপাশি অরৈখিক প্রভাবের আকারে। আগেরটি অপটিক্যালি স্যাচুরেবল শোষণের বৈশিষ্ট্যের সাথে মোড-লকড ডিভাইস হিসেবে ব্যবহার করে, যেমন SESAM, মেটাল-ডপড ক্রিস্টাল যেমন Fe: ZnSe, ইত্যাদি, যখন পরেরটি সমতুল্য স্যাচুরেবল শোষক তৈরি করতে অপটিক্যাল ননলাইনার ইফেক্ট এবং অন্যান্য উপায় ব্যবহার করে, যেমন ননলিনিয়ার পোলারাইজেশন রোটেশন (এনপিআর), ননলাইনার অপটিক্যাল লুপ মিরর (এনওএলএম), ইত্যাদি।

2020 সালে, গুও এট আল [14] রিপোর্ট করেছেন যে WSe2 পাতলা ফিল্মগুলি SA হিসাবে CVD ব্যবহার করে বড় করা হয়েছিল এবং WSe2-SAM গঠনের জন্য সোনার ধাতুপট্টাবৃত আয়নায় স্থানান্তরিত হয়েছিল, যার উপর ভিত্তি করে একটি পালস প্রস্থের সাথে একটি মোড-লক করা পালস 21 পিএস, 42. 43 মেগাহার্জের রি-ফ্রিকোয়েন্সি এবং 360 মেগাওয়াটের গড় শক্তি অর্জন করা হয়েছিল একটি 980 এনএম লেজারের মাধ্যমে পাম্প করা একটি 6 শতাংশ মোলার ঘনত্ব Er:ZBLAN ফাইবার ব্যবহার করে।

2022 সালে, সাংহাই জিয়াওটং ইউনিভার্সিটি থেকে কিন এট আল [15] আণবিক বিম এপিটাক্সিয়াল গ্রোথ টেকনিক ব্যবহার করে InAs/GaSb সুপারল্যাটিস SESAM প্রস্তুত করেছে, যা নমনীয়ভাবে স্যাচুরেবল শোষকের প্রতিক্রিয়া পরিসীমা, স্যাচুরেশন শক্তি ঘনত্ব, এবং পুনরুদ্ধারের সময় এবং অন্যান্য পরামিতিগুলিকে সামঞ্জস্য করতে পারে। একটি 3.5um Er:ZBLAN ফাইবার লেজার থেকে একটি স্থিতিশীল মোড-লক আউটপুট অর্জন করেছে যার একটি পালস প্রস্থ 14.8 ps, গড় শক্তি 149 mW, এবং 36.56 MHz এর পুনরাবৃত্তি ফ্রিকোয়েন্সি।

2019 সালে, সাংহাই জিয়াওটং ইউনিভার্সিটির কিন এট আল [16] ডিসপারশন ম্যানেজমেন্টের জন্য জি রড ব্যবহার করে মোড-লকড পালস প্রস্থকে 215 fs-এ সংক্ষিপ্ত করেছেন, যার স্পন্দন শক্তি 9.3 nJ এবং সর্বোচ্চ শক্তি 43.3 kW।

2020 সালে, গু এট আল। [১৭] সাংহাই জিয়াওটং ইউনিভার্সিটি থেকে 2.8 μm Er∶ZBLAN ফাইবার লেজারের জন্য NPR কৌশলের উপর ভিত্তি করে 131 fs মোড-লক আউটপুট, 22.68 kW পিক পাওয়ার এবং 3 nJ পালস শক্তি সহ একটি সোলিটন পালস রিপোর্ট করা হয়েছে।

একই বছরে, হুয়াং এট আল [১৮] এনপিআর কৌশল ব্যবহার করে 980 এনএম এ 3.3 মিটার দীর্ঘ Er: ZBLAN ফাইবার পাম্প করে 126 fs এর একটি পালস প্রস্থ এবং 10 nJ এর একটি পালস শক্তি সহ একটি মোড-লকড আউটপুট অর্জন করেন এবং Er: ZBLAN পরিবর্ধক এবং ZBLAN অরৈখিক ফাইবার 500 কিলোওয়াটের চূড়ান্ত শিখর পালস শক্তি সহ পালস প্রস্থকে 15.9 fs-এ সংকুচিত করেছে।

2022 সালে, ইউ এট আল [19] 2.4 মিটার লম্বা Er:ZBLAN ফাইবার ডোপড 7 শতাংশ মোলার ঘনত্ব ব্যবহার করে 283 fs এর একটি পালস প্রস্থের সাথে একটি স্পন্দিত বীজ আলোর উত্স প্রস্তুত করেছেন এবং আরও অরৈখিক পরিবর্ধন ব্যবহার করে পালস প্রস্থকে 59 fs এ সংকুচিত করেছেন। , 4.13 ওয়াট পর্যন্ত একটি স্পন্দিত গড় শক্তি পাওয়া, যা এখন পর্যন্ত সাব-হান্ড্রেড-ফেমটোসেকেন্ড মোড-লকড ফাইবার লেজারের সর্বোচ্চ গড় আউটপুট পাওয়ার।

Cঅন্তর্ভুক্তি

মিড-ইনফ্রারেড ফাইবার লেজার, ফাইবার লেজার কমপ্যাক্ট সহ, কম রক্ষণাবেক্ষণ, উচ্চ স্থিতিশীলতা, উচ্চ মরীচির গুণমান এবং অন্যান্য অনেক সুবিধা, ফ্লোরাইড, সালফাইড, হ্যালাইড, ফাঁপা ফাইবার এবং অন্যান্য মধ্য-ইনফ্রারেড ফাইবার, শক্তি, বর্ণালী, ফাইবার অপটিক ডিভাইস অ্যাপ্লিকেশন থেকে। , এবং মধ্য-ইনফ্রারেড লেজারের উন্নয়নের অন্যান্য দিকগুলি মধ্য-ইনফ্রারেড লেজারের বিকাশকে ব্যাপকভাবে প্রচার করেছে, মধ্য-ইনফ্রারেড উপকরণ এবং ফাইবার অপটিক প্রযুক্তি পরিপক্ক হতে থাকে, আরও উচ্চ-মানের মধ্য-ইনফ্রারেড ফাইবার লেজার থাকবে জাতীয় প্রতিরক্ষা, বৈজ্ঞানিক গবেষণা, শিল্প উত্পাদন, চিকিৎসা পরিচর্যা এবং অন্যান্য ক্ষেত্রগুলিতে পণ্যগুলি আরও বৃহত্তর এবং বৃহত্তর ভূমিকা পালন করবে।