उच्च शक्ति वाले लेजर कई औद्योगिक अनुप्रयोगों में एक मानक और सर्वव्यापी उपकरण बन गए हैं, आंशिक रूप से उनके द्वारा प्रदान की जाने वाली सटीक नियंत्रित ऊर्जा के कारण। लेकिन "उच्च शक्ति" को समझना एक कठिन शब्द हो सकता है, और इसे परिभाषित करने के लिए अक्सर कुछ संदर्भ की आवश्यकता होती है।
जब उच्च शक्ति आउटपुट थ्रेशोल्ड निर्धारित करने की बात आती है तो लेज़र अनुप्रयोग सीमित सहायता प्रदान करते हैं, क्योंकि लेज़र पैरामीटर 3डी प्रिंटर में 10-वाट बीम से लेकर उपग्रह लेज़र द्वारा उत्पन्न 100-किलोवाट बीम तक हो सकते हैं। एक एप्लिकेशन के लिए समृद्ध कार्यक्षमता का गठन शायद ही कभी दूसरे में दर्ज किया गया हो। जब विभिन्न तरंग दैर्ध्य के लेजर पर लागू किया जाता है, निरंतर-तरंग और स्पंदित ऑपरेशन की तुलना करते समय, और यहां तक कि ठोस-अवस्था, गैस, या डोप्ड-क्रिस्टल स्रोतों की तुलना करते समय भी, "उच्च शक्ति" एक सापेक्ष शब्द बन जाता है।
वही किरण जो स्टील में प्रवेश कर सकती है या लंबी दूरी पर दूरसंचार संकेतों को रिले कर सकती है, संवेदनशील ऑप्टिकल घटकों को भी गंभीर नुकसान पहुंचा सकती है जो लेजर प्रणाली के ढांचे के भीतर प्रकाश का मार्गदर्शन और आकार देते हैं। वैश्विक व्यापार विकास के प्रबंधक टिम मैककोम्ब कहते हैं, "आपको हर अंतिम छोटे विवरण को नियंत्रित करना होगा, अन्यथा उन छोटे विवरणों से नुकसान शुरू होगा - और अगली बात जो आप जानते हैं, आपने घटकों में आधा मिलियन डॉलर जला दिए हैं।" सुसंगत पर.
गुणवत्ता नियंत्रण
यह सुनिश्चित करने के लिए कि लेजर बीम वांछित आकार, आकार और तीव्रता प्राप्त कर सके, बड़ी संख्या में ऑप्टिकल घटकों की आवश्यकता होती है। बीम को फोकस करने और समतल करने के लिए उपयोग किए जाने वाले लेंस के अलावा, लेजर सिस्टम में आमतौर पर दर्पण, पोलराइज़र और बीम स्प्लिटर होते हैं। इनमें से प्रत्येक घटक को सटीक रूप से निर्मित और मशीनीकृत किया जाना चाहिए, और फिर यह सुनिश्चित करने के लिए विशेष कोटिंग्स के साथ इलाज किया जाना चाहिए कि अंतिम उत्पाद में उचित प्रकाश अवशोषण, संचरण और प्रतिबिंब विशेषताएं हैं। सावधानीपूर्वक निगरानी के बिना, निर्माण, पॉलिशिंग, कोटिंग और परीक्षण का प्रत्येक चरण दोषों या त्रुटियों के लिए पर्याप्त अवसर प्रदान करता है जो सिस्टम विफलता का कारण बन सकते हैं।
एक घटक में दोषपूर्ण क्षेत्र हो सकते हैं जो अनिवार्य रूप से संपूर्ण ऑप्टिकल असेंबली में कमजोर लिंक बनाते हैं। अल्टामोंट ऑप्टिक्स के प्रमुख लेजर इंजीनियर मैथ्यू डाबनी कहते हैं, क्योंकि दोष उस ऊर्जा को अवशोषित करता है जिसे प्रसारित या प्रतिबिंबित किया जाना चाहिए, उस घटक की अंतिम विफलता सिस्टम के बाकी हिस्सों में फैल सकती है।
लेज़र की चमक प्रकाशिकी के तापीय रूप से प्रेरित विरूपण के माध्यम से भी समस्याएँ पैदा कर सकती है। भले ही ये प्रभाव प्रभावित प्रकाशिकी को तुरंत नष्ट नहीं करते हैं, वे सामग्री के अपवर्तक सूचकांक में परिवर्तन का कारण बन सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप विकृत या उप-इष्टतम लेजर आउटपुट हो सकता है। परिणामस्वरूप, लेजर निर्माताओं को किसी विशेष लेजर सिस्टम के लिए ऑप्टिकल घटकों को निर्दिष्ट करते समय कई विचारों के बारे में जागरूक होने की आवश्यकता होती है।
सबसे पहले उनकी सामग्री का चयन है। फ़्यूज़्ड सिलिका बहुत कम अवशोषण वाला एक बहुत अच्छी तरह से चित्रित ग्लास है और इसे आकार देना और पॉलिश करना आसान है, जो अक्सर इसे कई ट्रांसमिसिव और रिफ्लेक्टिव ऑप्टिकल घटकों के लिए सबसे अच्छा विकल्प बनाता है।
फोकसलाइट में लेजर ऑप्टिक्स अनुसंधान और विकास के निदेशक डर्क हॉसचाइल्ड ने कहा, "जब हम उच्च-शक्ति अनुप्रयोग करते हैं तो हम हमेशा फ्यूज्ड सिलिका का उपयोग करने का प्रयास करते हैं।" "आपको उच्चतम स्तर की गुणवत्ता मिलती है, और फ़्यूज्ड सिलिका पर कोटिंग्स की क्षति सीमा सबसे अधिक होती है।"
हालाँकि, कुछ लेजर प्रणालियों को अधिक विशिष्ट विकल्पों की आवश्यकता होती है। उच्च-शक्ति CO2 में लेंस लेजर अक्सर जिंक सेलेनाइड से बने होते हैं, जो मजबूत इन्फ्रारेड में मजबूत प्रदर्शन प्रदर्शित करता है, लेकिन इसका उपयोग करना अधिक कठिन हो सकता है। अन्य ऑप्टिकल सामग्रियों की तरह, जिंक सेलेनाइड को सटीक रूप से ढाला और चिकना किया जाना चाहिए। छोटे सतह दोषों के कारण लेजर की ऊर्जा और गर्मी के कारण प्रदर्शन संबंधी समस्याएं हो सकती हैं या इससे भी बदतर, स्थानीयकृत निर्माण हो सकता है। हॉसचाइल्ड का कहना है कि इससे सब्सट्रेट पर दबाव पड़ सकता है, जिससे कोई भी कोटिंग टूट सकती है और जल सकती है। "वास्तव में उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों के लिए, एक भी दोष पूरे ऑप्टिक को नष्ट कर सकता है।"
ओफिर के आईआर प्रक्रिया विकास और इंजीनियरिंग प्रबंधक एमिलियानो इओफ़े कहते हैं, ऐसे दोषों को खत्म करने के लिए सावधानीपूर्वक पीसने और पॉलिश करने की प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है, जिसके बाद सावधानीपूर्वक गुणवत्ता नियंत्रण होता है, जिनकी कंपनी आम तौर पर अपने घटकों पर 1 एनएम से कम सतह खुरदरापन मूल्यों को लक्षित करती है, जिसमें कोई खरोंच या गॉज की अनुमति नहीं होती है। . गैर-फ्यूज्ड सिलिका सामग्रियों का उपयोग करते समय यह विशेष रूप से चुनौतीपूर्ण होता है, और इओफ़े का कहना है कि उनकी टीम को कंपनी के सीओ 2 लेजर में उपयोग किए जाने वाले जिंक सेलेनाइड ऑप्टिक्स के लिए एक विशेष पॉलिशिंग प्रक्रिया विकसित करनी थी, खासकर एस्फेरिक ऑप्टिक्स के लिए सामग्री तैयार करते समय जो तेजी से लोकप्रिय लेंस बन गए हैं .
फिर इन पूरी तरह से चिकनी सतहों को समान रूप से विशेष कोटिंग्स के साथ लेपित किया जाना चाहिए जो घटकों को उचित प्रतिबिंबित या एंटीरफ्लेक्टिव गुण प्रदान करते हैं। हॉसचाइल्ड का कहना है कि कोटिंग्स अक्सर डिजाइन की सबसे कमजोर कड़ी होती हैं। क्योंकि वे बहुत पतले हैं, वे टूट सकते हैं, और वे समय के साथ भौतिक गुणों को बदल सकते हैं। परिणामस्वरूप, खराब ढंग से चयनित या लागू कोटिंग्स सही लेंस या दर्पण के निर्माण में लगने वाली कड़ी मेहनत को नकार सकती हैं।
उनके अवशोषण और प्रतिबिंब गुणों के अलावा, विशिष्ट तरंग दैर्ध्य पर इष्टतम प्रदर्शन के लिए कोटिंग्स का चयन किया जाना चाहिए। डाबनी कहते हैं, "पराबैंगनी के लिए, आमतौर पर तीन या चार सामग्रियों का उपयोग किया जाता है, जबकि अवरक्त के लिए, तीन या चार सामग्रियों का एक बहुत अलग सेट होता है।"
कई मामलों में, वांछित ऑप्टिकल प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए घटकों को विभिन्न कोटिंग्स की कई परतें प्राप्त करनी होंगी, लेकिन उस सुधार के लिए ट्रेड-ऑफ की आवश्यकता हो सकती है। इओफ़े कहते हैं, "आप दर्पण की परावर्तनशीलता को बेहतर बनाने के लिए अधिक से अधिक परतें जोड़ सकते हैं, लेकिन जब आप परतें जोड़ते हैं, तो वे अवशोषित भी हो जाती हैं, जिससे आप अवशोषित प्रकाश का कुछ हिस्सा खो देते हैं।" "अवशोषण और प्रतिबिंब और संचरण के बीच हमेशा एक संतुलन होता है।"
परतों के बीच इंटरफेस पर विद्युत क्षेत्र की ताकत में चोटियों से बचने के लिए बहुपरत कोटिंग्स को भी सावधानीपूर्वक डिजाइन किया जाना चाहिए, जो कोटिंग की अखंडता से समझौता कर सकता है और अंततः घटक विफलता का कारण बन सकता है।
सार्थक उँगलियाँ ढूँढना
व्यावसायिक पैमाने पर विनिर्माण करते समय उच्च स्तर का गुणवत्ता नियंत्रण बनाए रखना कभी भी आसान नहीं होता है। अवशोषण जैसे कुछ बुनियादी प्रदर्शन मेट्रिक्स के लिए, कोई सार्वभौमिक मानक नहीं हैं जिनका उपयोग कंपनियां कर सकें। इओफ़े कहते हैं, "आप मास्टर अंशांकन प्रणाली के रूप में एक विशिष्ट अवशोषण दर वाला नमूना नहीं खरीद सकते।" "हमने विभिन्न कोणों और विभिन्न ध्रुवीकरणों पर अवशोषण, चरण बदलाव, परावर्तन और संप्रेषण को मापने के लिए इन-हाउस सिस्टम विकसित और निर्मित किए हैं।"
लेज़र-प्रेरित क्षति सीमा (एलआईडीटी) के मूल्यांकन के लिए एक सार्वभौमिक मानक की कमी विशेष रूप से समस्याग्रस्त है, एक मीट्रिक जो अधिकतम ऊर्जा स्तर का वर्णन करता है जो किसी दिए गए घटक को मापने योग्य क्षति का अनुभव करने से पहले झेल सकता है।
"कुछ आईएसओ [मानकीकरण के लिए अंतर्राष्ट्रीय संगठन] मानक हैं जो लागू होते हैं, लेकिन ये वास्तव में लगातार लेजर क्षति सीमा परीक्षण बनाने के लिए पर्याप्त नहीं हैं," अमेरिकी राष्ट्रीय मानक संस्थान (एएनएसआई) पहल के सदस्य डाबनी कहते हैं, जो और अधिक विकसित करना चाहते हैं। विस्तृत परीक्षण मानक।
हॉसचाइल्ड आगे कहते हैं कि ये मानक प्रकाशिकी के एलआईडीटी के मूल्यांकन के लिए उपयुक्त नहीं हो सकते हैं, क्योंकि नए लेजर डिज़ाइन आउटपुट प्रदर्शन की सीमाओं को आगे बढ़ाते रहते हैं।
एलआईडीटी प्रकाशिकी की संरचना, गुणवत्ता और कोटिंग्स के साथ-साथ उनके द्वारा प्रभावित बीम की तरंग दैर्ध्य और शक्ति से सीधे प्रभावित होता है। लेकिन अन्य कारक भी भूमिका निभाते हैं। उदाहरण के लिए, बीम का आकार और आकृति घटक के दिए गए सतह क्षेत्र पर कितनी ऊर्जा वितरित की जाती है, इसके आधार पर सीमा बदल सकती है। इनमें से कुछ कारकों को गणितीय रूप से मॉडल किया जा सकता है, लेकिन एक सटीक एलआईडीटी मूल्यांकन के लिए अंततः घटक के प्रत्यक्ष परीक्षण की आवश्यकता होती है।
यहीं पर एलआईडीटी परीक्षण में मानकीकरण की कमी सामने आती है। वर्तमान में, डाबनी का कहना है, आईएसओ मानक एलआईडीटी को "दृश्यमान रूप से क्षतिग्रस्त" के रूप में परिभाषित करता है। लेकिन यह कुख्यात निर्माताओं के लिए क्षति मूल्यांकन प्रक्रियाओं को सतही रखकर अवास्तविक रूप से उच्च एलआईडीटी के साथ ऑप्टिक्स बेचने का द्वार खोलता है। आपको यह दिखाने के लिए पुरस्कृत नहीं किया जाता है कि आप कड़ी मेहनत कर रहे हैं - आप वास्तव में दंडित होते हैं, "वह कहते हैं। नतीजतन, एलआईडीटी का उपयोग एक सूचनात्मक मार्गदर्शिका के रूप में किया जाना चाहिए, न कि नियमित परिचालन स्थितियों के लिए लक्ष्य के रूप में। हॉसचाइल्ड का कहना है कि उनकी टीम दीर्घकालिक स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए आमतौर पर यह अपने लेजर सिस्टम को एलआईडीटी से काफी नीचे बिजली घनत्व पर चलाता है।
महान शक्ति के साथ बड़ी जिम्मेदारी भी आती है, और उपयोगकर्ताओं को अपने लेजर सिस्टम को सावधानीपूर्वक डिजाइन करना चाहिए ताकि एक विफल घटक किसी आपदा का कारण न बने। डैबनी कहते हैं, "एक बड़ा मुद्दा यह है कि अगर लोग अपनी बीमलाइन ठीक से सेट नहीं करते हैं, तो आप लेजर को खत्म करने के लिए फीडबैक लूप प्राप्त कर सकते हैं।" उदाहरण के लिए, एक ख़राब घटक के कारण किरण गलती से दर्पण द्वारा प्रकाश स्रोत पर वापस परावर्तित हो सकती है।
डैबनी का कहना है, "लेज़र के लिए आपको $100,000 का खर्च उठाना पड़ सकता है क्योंकि इसके हिस्से केवल $100 हैं।" इसलिए, ऐसी बैक-रिफ्लेक्शन घटनाओं को रोकने के लिए लेजर स्रोतों को अलग किया जाना चाहिए।
लेजर प्रणाली और उसके घटकों का नियमित रखरखाव और निगरानी भी महत्वपूर्ण है। उदाहरण के लिए, सामग्री प्रसंस्करण अनुप्रयोगों में, उच्च-शक्ति लेजर पर ढाल खिड़कियां संसाधित होने वाली सामग्री से दूषित पदार्थों को जमा करती हैं, और क्षति को रोकने के लिए उन्हें समय-समय पर प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए जो इन समान दूषित पदार्थों को लेजर में रिसने की अनुमति दे सकता है। सिस्टम पर तनाव को कम करने के लिए चरम शक्ति के नीचे लेजर को संचालित करने के अलावा, हॉसचाइल्ड ऐसे डिटेक्टरों का उपयोग करने की सलाह देता है जो सिस्टम के तापमान की निगरानी कर सकते हैं या अप्रत्याशित प्रकाश बिखरने के साक्ष्य को समझ सकते हैं जो आसन्न घटक विफलता का संकेत दे सकता है।
उच्च शक्ति वाले लेजर सिस्टम सस्ते नहीं हैं। लेकिन खर्च करने योग्य घटकों में कटौती के प्रयासों से अंतिम उपयोगकर्ता को परेशानी होने की संभावना है, जो सिस्टम को बनाए रखने, मरम्मत करने और बदलने की लागत वहन करता है।
डैबनी कहते हैं, "यदि आप बिजली से संचालित होते हैं, तो आपको इसके लिए भुगतान करना होगा," लेकिन वह यह भी बताते हैं कि इससे लेजर उपभोक्ताओं को दो बार सोचने के लिए प्रेरित होना चाहिए कि उन्हें वास्तव में अपने विशेष अनुप्रयोग के लिए कितनी बिजली की आवश्यकता है। उन्होंने कहा, "अगर आप एक निश्चित स्तर से नीचे रह सकते हैं, तो आप थोड़ी बचत कर सकते हैं।"
जबकि कुछ लेज़र प्रणालियाँ निस्संदेह शक्ति की सीमाओं को आगे बढ़ाती रहेंगी - जिन्हें रक्षा अनुप्रयोगों या संलयन अनुसंधान के लिए डिज़ाइन किया गया है, उदाहरण के लिए - हॉसचाइल्ड ने कहा कि वह कुछ उद्योग उपयोगकर्ताओं के लिए वैकल्पिक समाधान की संभावना भी देखते हैं। कुछ मामलों में, उदाहरण के लिए, कम चरम शक्ति पर काम करने वाले कई लेजर कम लागत पर समान उत्पादकता प्रदान कर सकते हैं। उन्होंने कहा, "सवाल सिर्फ यह नहीं है कि क्या हमें बिजली बढ़ाना जारी रखना चाहिए, बल्कि यह भी है कि हम इसका कुशल तरीके से उपयोग कैसे करते हैं।"
