उन्नत PCSELs सैन्य लेज़रों को बहुत अधिक मजबूत बना सकते हैं

एक टीम ने इलिनॉय ग्रेंजर इंजीनियरिंग से एक नई प्रकार की लेज़र डिजाइन पेश की है जो अधिक चमक और अधिक केंद्रित बीम प्रदान करती है। उन्नत PCSELs उप-मिक्रॉन डूबा हुआ डाइइलेक्ट्रिक सिलिकॉन डाइऑक्साइड को शामिल करती हैं ताकि उनका बीम अधिक समय तक बना रहे, जिससे उन्नत ऊर्जा हथियार, LiDAR सिस्टम और अंतरिक्ष संचार के लिए द्वार खुलता है। यहाँ बताया गया है कि लेज़र कैसे एक बड़ी उन्नति प्राप्त करने वाले हैं।

VCSELs

इन उच्च-स्तरीय अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले सबसे सामान्य लेज़र प्रकार वर्टिकल-कैविटी सतह-उत्सर्जक लेज़र (VCSELs) हैं। VCSELs के डायोड पर एक मोनोलिथिक लेज़र रेजोनेटर होता है जो एक बीम उत्पन्न करता है जो चिप से उसकी सतह के लंबवत प्रोजेक्ट होता है।

यह प्रकार का लेज़र छोटे दूरी के लिए आदर्श है, जिससे यह लेज़र प्रिंटिंग, बारकोड स्कैनिंग, और आपके स्मार्टफ़ोन में पाए जाने वाले छोटे दूरी के LiDAR जैसे कार्यों के लिए उपयुक्त बनता है। VCSELs के लाभ यह हैं कि वे किफायती हैं और उनका डिजाइन सिद्ध है।

हालाँकि, VCSELs अधिक उन्नत अनुप्रयोगों में कम पड़ते हैं। इन लेज़रों की शक्ति और दूरी क्षमताओं में सीमाएँ हैं, जिससे वे उन्नत मिसाइल रक्षा या अंतरिक्ष संचार के विकल्पों पर चर्चा करते समय अप्रचलित हो जाते हैं।

PCSELs

वैज्ञानिकों को लंबे समय से पता था कि उन्हें एक अधिक शक्तिशाली विकल्प की आवश्यकता है। 2020 में, फोटॉनिक-क्रिस्टल सतह-उत्सर्जक लेज़र (PCSELs) की शुरुआत ने लेज़र-संचालित उपकरणों की नई पीढ़ी के लिए द्वार खोला। इस प्रकार का लेज़र फोटॉनिक क्रिस्टलों के माध्यम से सीधे अपनी सतह से प्रकाश उत्सर्जित करता है।

फोटॉनिक क्रिस्टल उप-तरंगदैर्ध्य आवधिक संरचनाएँ हैं जो अपने निकटवर्ती क्षेत्रों में विद्युतचुंबकीय तरंगों को बदल सकती हैं। अपने पूर्वजों के विपरीत, वे दो-आयामी फोटॉनिक क्रिस्टल डिजाइन का उपयोग करके प्रकाश बीमों को विवर्तन और संयोजन करते हैं।

उसके बाद, नई बनी दो-आयामी स्थिर तरंग गेन सामग्री के माध्यम से गुजरती है, जो उसकी शक्ति को बढ़ाती है। यह रणनीति इंजीनियरों को लेज़र पावर इनपुट के बजाय गेन को बढ़ाने की अनुमति देती है ताकि बीम की चमक बढ़े। परिणामस्वरूप, इस रणनीति ने इंजीनियरों को एकल लेज़िंग मोड बनाए रखने में सक्षम किया।

PCSELs की समस्याएँ

विशेष रूप से, कुछ प्रतिबंधों ने PCSELs की आधुनिक सैन्य आवश्यकताओं तक स्केल करने की क्षमता को सीमित किया है। एक कारण यह है कि इन लेज़रों को एयर होल्स का उपयोग करके निर्मित किया जाता है, जो उपकरण को थर्मल संचय से लड़ने में मदद करता है। जब इंजीनियरों ने इन उपकरणों को अधिक शक्तिशाली उपयोग मामलों के लिए स्केल करने की कोशिश की, तो उन्होंने देखा कि अर्धचालक के परमाणु इन होल्स को भरने लगते हैं, जिससे फोटॉनिक क्रिस्टल संरचना विकृत हो जाती है।

डूबा हुआ डाइइलेक्ट्रिक PCSELs: एक क्रांतिकारी अध्ययन

इलिनॉय विश्वविद्यालय के ग्रेंजर कॉलेज ऑफ इंजीनियरिंग, उरबाना-शैम्पेन के इंजीनियरों ने हाल ही में इन समस्याओं को कम करने का एक तरीका उजागर किया। उनका पेपर¹, जिसका शीर्षक है “Photopumped Buried Dielectric Photonic-Crystal Surface-Emitting Lasers“, एक नया दृष्टिकोण दर्शाता है जो उप-मिक्रॉन डूबा हुआ डाइइलेक्ट्रिक (SiO2) त्रिकोणों को फोटॉनिक क्रिस्टल के कम-इंडेक्स घटक के रूप में एकीकृत करता है।

स्रोत – IEEE Photonics Journal

इंजीनियरों ने सामान्य एयर गैप को ठोस डाइइलेक्ट्रिक सामग्री से भरना शुरू किया। इस दृष्टिकोण ने सुनिश्चित किया कि फोटॉनिक क्रिस्टल पुनःवृद्धि के दौरान विकृत न हों। नई डिजाइन ने उपकरण को तेज़ी से गर्मी विसर्जित करने की अनुमति दी, जिससे दक्षता और टिकाऊपन बढ़ा।

उनकी रिपोर्ट के अनुसार, इंजीनियरों ने फोटॉनिक क्रिस्टलों को पूरी तरह से एन्कैप्सुलेट किया। विशेष रूप से, डाइइलेक्ट्रिक त्रिकोण की पक्ष लंबाई 200 से 260 नैनोमीटर तक सेट की गई। साथ ही, सिलिकॉन डाइऑक्साइड के उपयोग ने क्रिस्टलों को डाइइलेक्ट्रिक सामग्री के चारों ओर बढ़ने की अनुमति दी, जिससे श्रेष्ठ समर्थन और बेहतर प्रदर्शन मिला।

डूबा हुआ डाइइलेक्ट्रिक PCSELs का परीक्षण

अपने सिद्धांत का परीक्षण करने के लिए, इंजीनियरों ने डूबा हुआ डाइइलेक्ट्रिक PCSELs निर्मित किए और उन्हें कई फोटोपम्पिंग प्रयोगों में डाला। विशेष रूप से, टीम ने लिक्विड-नाइट्रोजन-कोल्ड InGaAs लीनियर एरे स्पेक्ट्रोमीटर और InGaAs SWIR कैमरों में एक लॉन्ग-पास फ़िल्टर का उपयोग करके लेज़र स्पेक्ट्रा और फ़ील्ड पैटर्न की निगरानी की।

टीम ने लेंस और PCSEL के बीच एक संरेखित डाइक्रॉइक फ़िल्टर भी लगाया ताकि दूर की इमेज पैटर्न की निगरानी की जा सके। इस दृष्टिकोण ने 1.5-µm प्रकाश को एक स्क्रीन पर प्रोजेक्ट किया जो नमूने से 65 मिमी दूर सेट किया गया था। इन परीक्षणों ने कुछ रोचक परिणाम दिखाए।

परिणाम: उन्नत PCSELs प्रदर्शन

नई लेज़र डिजाइन ने पूर्ववर्तियों की तुलना में अधिक शक्ति और विश्वसनीयता प्रदर्शित की। इसके अलावा, यह थर्मल कंडक्टिविटी के प्रति प्रतिरोध दिखाता है, यहाँ तक कि निरंतर और भारी उपयोग के दौरान भी। और भी रोचक यह है कि लेज़र को कमरे के तापमान पर और ऐसी प्रकाश तरंगदैर्ध्य पर फायर किया जा सकता है जो मानव आँख के लिए सुरक्षित हैं।

उन्नत PCSELs के लाभ

उन्नत PCSEL बाजार में कई लाभ लाता है। एक कारण यह है कि यह अधिक स्थिर और लंबी अवधि के लेज़र के लिए द्वार खोलता है। ये उपकरण बहुत कम शक्ति का उपयोग करेंगे और निरंतर संचालन के दौरान ठंडे रह सकते हैं।

बेहतर विश्वसनीयता

एक और लाभ उनकी दीर्घकालिक विश्वसनीयता है। PCSELs के पिछले संस्करण समय के साथ प्रदर्शन में गिरावट देखते थे क्योंकि बीम बनाने में मदद करने वाले क्रिस्टल परमाणु हस्तक्षेप के कारण degrade होने लगते थे। यह नवीनतम दृष्टिकोण इस समस्या को समाप्त करता है, जिसका अर्थ है कि इन उपकरणों का जीवनकाल बहुत लंबा है।

बढ़ी हुई शक्ति क्षमता

PCSELs का मुख्य लाभ यह है कि वे बहुत अधिक शक्ति संभाल सकते हैं। यह क्षमता उन्हें अगली पीढ़ी के निर्देशित ऊर्जा हथियारों के लिए आदर्श बनाती है। ये सिस्टम कई कारणों से सैन्य हार्डवेयर का भविष्य माने जाते हैं, जिसमें यह शामिल है कि उनके पास लगभग अनंत गोला-बारूद है, जो केवल उनकी पावर सप्लाई द्वारा सीमित है।

PCSELs के वास्तविक-विश्व अनुप्रयोग

अधिक विश्वसनीय और उच्च-शक्ति वाले लेज़रों के लिए कई अनुप्रयोगों की लंबी सूची है। ये उपकरण ड्रोन से लेकर EVs और यहां तक कि अंतरिक्ष यानों तक में उपयोग पाएंगे। पहले ही कई लोग इस तकनीक को भविष्य के सैन्य हार्डवेयर डिजाइन के लिए महत्वपूर्ण मानते हैं।

अगली पीढ़ी के LiDAR सिस्टम

LiDAR लोगों के इंटरैक्शन और दुनिया को देखने के तरीके को बदल रहा है। पहले से ही, उच्च-शक्ति वाला LiDAR जंगलों की गहराइयों या समुद्र तल में अज्ञात क्षेत्रों को मानचित्रित करने में मदद कर रहा है। जैसे-जैसे इन लेज़रों की शक्ति बढ़ेगी, ये सिस्टम अधिक लचीले और सक्षम बनेंगे।

उन्नत लेज़र हथियार सिस्टम

सेना इस तकनीक का उपयोग करके ऐसे लेज़र बनाना चाहती है जो दुश्मन के मिसाइल और वाहन को नष्ट कर सकें। इन हथियारों का दशकों से परीक्षण चल रहा है। हालांकि, हाल ही में ही इन्हें वाहनों में एकीकृत होते देखना शुरू हुआ। अभी भी परीक्षण चरण में होने के बावजूद, ये लेज़र-संचालित हथियार एक दिन भविष्य के युद्धक्षेत्रों पर राज करेंगे।

PCSELs अपनाने की समयरेखा

इस तकनीक के नागरिकों तक पहुँचने में संभवतः और 20 वर्ष लग सकते हैं। डिजाइन को स्केल करने और उनकी सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए अभी भी बहुत शोध करना बाकी है। जबकि नागरिकों को इंतजार करना पड़ेगा, यह तकनीक संभवतः अगले दशक में सैन्य उपयोग देखेगी।

PCSEL शोध टीम से मिलें

इलिनॉय विश्वविद्यालय के ग्रेंजर कॉलेज ऑफ इंजीनियरिंग, उरबाना-शैम्पेन ने PCSELs अध्ययन का नेतृत्व किया। विशेष रूप से, केंट चोक्वेट को अध्ययन के प्रमुख लेखक के रूप में सूचीबद्ध किया गया है। उन्हें मिनजु लैरी ली समूह के सदस्यों से मजबूत समर्थन मिला। उल्लेखनीय रूप से, पूरे प्रोजेक्ट को एयर फोर्स रिसर्च लैबोरेटरी से फंडिंग और समर्थन मिला,

उन्नत PCSELs का भविष्य दृष्टिकोण

इंजीनियर अब अपनी वर्तमान डिजाइन को सुधारेंगे। वे उपकरण को अधिक विश्वसनीय बनाने और उसकी शक्ति को स्केल करने की योजना बना रहे हैं, जबकि फॉर्म फैक्टर को कम करेंगे। साथ ही, वे निर्माण प्रक्रिया को तेज़ करने के लिए सतत निर्माण प्रक्रियाएँ बनाने पर काम करेंगे।

लेज़र उद्योग में निवेश

लेज़र उद्योग में कुछ प्रमुख प्रतिस्पर्धी हैं। इन कंपनियों को उनके हाई-टेक लेज़र की बढ़ती मांग के साथ लाभ में वृद्धि देखी जा रही है। यहाँ एक कंपनी है जो लेज़र सेक्टर में प्रमुख शक्ति बनी हुई है और तकनीक में किसी भी बड़े अपग्रेड से लाभ उठा सकती है।

Laser Photonics Corp

Laser Photonics Corp (LASE ) ने 2019 में बाजार में प्रवेश किया और इसका मुख्यालय ऑरलैंडो, फ्लोरिडा में है। तब से, कंपनी ने हाई-पावर और औद्योगिक लेज़र उत्पादन में विशेषज्ञता हासिल की है। यह वर्तमान में औद्योगिक ग्राहकों को मानक और अनुकूलित लेज़र समाधान का मिश्रण प्रदान करती है।

कंपनी ने अपनी विश्वसनीय लेज़र क्लीनिंग सिस्टम, कटिंग विकल्प और फिनिशिंग डिवाइसों के कारण गुणवत्ता के लिए पुनर्रूपांतरण सुरक्षित किया। इन लोकप्रिय उपकरणों ने Laser Photonics की विश्वसनीय और प्रभावी लेज़र समाधान प्रदान करने की प्रतिबद्धता को दर्शाने में मदद की है। जो लोग तेज़-गति वाले लेज़र निर्माण क्षेत्र में एक्सपोजर चाहते हैं, उन्हें Laser Photonics Corp के बारे में अधिक शोध करना चाहिए।

नवीनतम Laser Photonics Corp (LASE) स्टॉक समाचार और विकास

उन्नत PCSELs | निष्कर्ष

उन्नत PCSELs तकनीक में एक नया युग लाएंगे। पहले ही, वैज्ञानिक अगली पीढ़ी के लेज़र प्रोपल्शन सिस्टम और संचार नेटवर्क की खोज कर रहे हैं। समीकरण में एक अधिक विश्वसनीय और आँख-सेफ़ लेज़र का परिचय इन प्रयासों को सुपरचार्ज करने में मदद करेगा, जिससे नवाचार में वृद्धि होगी। अभी के लिए, अभी भी बहुत काम बाकी है, लेकिन इस नवाचारी इंजीनियरों की टीम ने भविष्य के प्रयासों के लिए एक ठोस आधार रखा है।

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संदर्भित अध्ययन:

^{1. Choquette, K. D., Lee, M. L., Ozden, S., Guo, Z., Xu, S., & Park, J. S. (2024). फोटोपम्प्ड डूबा हुआ डाइइलेक्ट्रिक फोटॉनिक-क्रिस्टल सतह-उत्सर्जक लेज़र. IEEE Photonics Journal, 16(3), 1–8. https://doi.org/10.1109/JPHOT.2024.10965337}