उन्नत PCSELs सैन्य लेजर को और भी मजबूत बना सकते हैं

इलिनोइस ग्रेन्जर इंजीनियरिंग की एक टीम ने एक नए प्रकार के लेजर डिज़ाइन की शुरुआत की है जो उच्च चमक और अधिक केंद्रित बीम प्रदान करता है। उन्नत PCSELs सब-माइक्रॉन बरied डायइलेक्ट्रिक सिलिकॉन डाइऑक्साइड को एकीकृत करते हैं ताकि वे अपनी बीम को लंबे समय तक बनाए रख सकें, जो उन्नत ऊर्जा हथियारों, LiDAR सिस्टम और अंतरिक्ष संचार के लिए दरवाजा खोलता है। यहाँ देखें कि लेजर को एक बड़ा अपग्रेड कैसे मिलने वाला है।

लेजर प्रौद्योगिकी लगातार विकसित हो रही है ताकि लेजर-संचालित उपकरणों की बढ़ती मांग को पूरा किया जा सके। आज, आपके ईवी जैसी चीजें लिडार के माध्यम से नेविगेट करने के लिए लेजर का उपयोग करती हैं। इसके अलावा, आपके पास औद्योगिक निर्माता हैं जो लेजर का उपयोग स्कैनिंग, वेल्डिंग, एचिंग और बीच में सब कुछ के लिए करते हैं। इस प्रकार, लेजर प्रौद्योगिकी दैनिक जीवन का एक महत्वपूर्ण घटक बन गई है।

VCSELs

इन उच्च-अंत अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले लेजर के सबसे सामान्य प्रकार वर्टिकल-केविटी सर्फेस-एमिटिंग लेजर (VCSELs) हैं। VCSELs में उनके डायोड पर एक मोनोलिथिक लेजर रेजोनेटर होता है जो एक बीम उत्पन्न करता है जो चिप की सतह से लंबवत होता है।

यह लेजर शैली छोटी दूरी के लिए आदर्श है, जो इसे लेजर प्रिंटिंग, बार्कोड स्कैनिंग और यहां तक कि आपके स्मार्टफोन पर पाए जाने वाले छोटी दूरी के लिडार जैसे कार्यों के लिए उपयुक्त बनाता है। VCSELs के फायदे यह हैं कि वे सस्ते हैं और एक परीक्षण किए गए डिज़ाइन हैं।

हालांकि, VCSELs अधिक उन्नत अनुप्रयोगों के लिए कमी महसूस करते हैं। ये लेजर अपनी शक्ति और दूरी क्षमता में सीमित हैं, जो उन्हें उन्नत मिसाइल रक्षा या अंतरिक्ष संचार जैसे विकल्पों पर चर्चा करते समय पुराना बना देता है।

PCSELs

वैज्ञानिकों ने लंबे समय से जाना है कि उन्हें एक अधिक शक्तिशाली विकल्प की आवश्यकता है। 2020 में, फोटोनिक-क्रिस्टल सर्फेस-एमिटिंग लेजर (PCSELs) की शुरुआत ने लेजर-संचालित उपकरणों की एक नई पीढ़ी का मार्ग प्रशस्त किया। इस प्रकार का लेजर अपनी सतह से सीधे प्रकाश का उत्सर्जन करता है फोटोनिक क्रिस्टल के माध्यम से।

फोटोनिक क्रिस्टल उप-तारांगीय आवधिक संरचनाएं हैं जो अपने आसपास की विद्युत चुम्बकीय तरंगों को बदल सकती हैं। अपने पूर्ववर्तियों के विपरीत, वे अपने दो-आयामी फोटोनिक क्रिस्टल डिज़ाइन का उपयोग करके प्रकाश किरणों को विक्षेपित और जोड़ने के लिए करते हैं।

इसके बाद, नए गठित दो-आयामी स्टैंडिंग वेव लाभ सामग्री से गुजरता है, जो इसकी शक्ति को बढ़ाता है। यह रणनीति इंजीनियरों को लेजर शक्ति इनपुट को बढ़ाने के बजाय लाभ को बढ़ाने की अनुमति देती है, जिससे बीम की चमक बढ़ जाती है। परिणामस्वरूप, यह रणनीति इंजीनियरों को एक ही लेजिंग मोड को बनाए रखने में सक्षम बनाती है।

PCSELs के साथ समस्याएं

नोटिसably, कुछ प्रतिबंध PCSELs की क्षमता को आधुनिक सैन्य आवश्यकताओं तक बढ़ाने से रोकते हैं। एक के लिए, ये लेजर वायु छेद का उपयोग करके निर्मित किए जाते हैं, जो उपकरण को तापीय निर्माण से लड़ने में मदद करते हैं। जैसे ही इंजीनियरों ने इन उपकरणों को अधिक शक्तिशाली उपयोग मामलों के लिए स्केल अप करने का प्रयास किया, उन्होंने देखा कि सेमीकंडक्टर के परमाणु इन छेदों में भरना शुरू कर देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप फोटोनिक क्रिस्टल संरचना विकृत हो जाती है।

बरied डायइलेक्ट्रिक PCSELs: एक ब्रेकथ्रू अध्ययन

इलिनोइस उरबाना-शैंपेन विश्वविद्यालय के ग्रेन्जर कॉलेज ऑफ इंजीनियरिंग के इंजीनियरों ने हाल ही में इन मुद्दों को कम करने का एक तरीका पेश किया है। उनके पेपर¹, जिसका शीर्षक “फोटोपंप्ड बरied डायइलेक्ट्रिक फोटोनिक-क्रिस्टल सर्फेस-एमिटिंग लेजर” है, एक नए दृष्टिकोण का प्रदर्शन करता है जो सब-माइक्रॉन बरied डायइलेक्ट्रिक (SiO2) त्रिभुजों को फोटोनिक क्रिस्टल के निम्न-इंडेक्स घटक के रूप में एकीकृत करता है।

स्रोत – IEEE Photonics Journal

इंजीनियरों ने शुरू में वायु गैप को ठोस डायइलेक्ट्रिक सामग्री से भर दिया। इस दृष्टिकोण से सुनिश्चित किया गया कि फोटोनिक क्रिस्टल पुनर्विकास के दौरान विकृत नहीं होंगे। नए डिज़ाइन ने डिवाइस को गर्मी को तेजी से दर करने की अनुमति दी, जो कि दक्षता और टिकाऊपन को बढ़ावा देता है।

उनकी रिपोर्ट के अनुसार, इंजीनियरों ने पूरी तरह से फोटोनिक क्रिस्टल को घेर लिया। विशेष रूप से, डायइलेक्ट्रिक त्रिभुज की पक्ष लंबाई 200 से 260 नैनोमीटर तक सेट की गई थी। सिलिकॉन डाइऑक्साइड का उपयोग करने से क्रिस्टल को डायइलेक्ट्रिक सामग्री के चारों ओर बढ़ने और बेहतर समर्थन और उन्नत प्रदर्शन प्रदान करने में मदद मिली।

बरied डायइलेक्ट्रिक PCSELs का परीक्षण

अपने सिद्धांत का परीक्षण करने के लिए, इंजीनियरों ने बरied डायइलेक्ट्रिक PCSELs का निर्माण किया और उन्हें कई फोटोपंपिंग प्रयोगों से गुजरना पड़ा। विशेष रूप से, टीम ने एक लंबी-पास फिल्टर का उपयोग एक तरल-नाइट्रोजन-शीत InGaAs लीनियर सरणी स्पेक्ट्रोमीटर और InGaAs SWIR कैमरों में लेजिंग स्पेक्ट्रा और क्षेत्र पैटर्न की निगरानी के लिए किया।

टीम ने लेंस और PCSEL के बीच एक संरेखित डाइक्रोइक फिल्टर का भी उपयोग किया ताकि दूर के छवि पैटर्न की निगरानी की जा सके। इस दृष्टिकोण ने 1.5-माइक्रोमीटर प्रकाश को 65 मिमी दूर से नमूने पर परियोजना की। इन परीक्षणों ने कुछ दिलचस्प परिणाम दिखाए।

परिणाम: उन्नत PCSELs प्रदर्शन

नई लेजर डिज़ाइन ने अपने पूर्ववर्तियों की तुलना में अधिक शक्ति और विश्वसनीयता का प्रदर्शन किया। इसके अलावा, यह तापीय चालकता के प्रतिरोध को दिखाया, यहां तक कि निरंतर और भारी उपयोग के तहत भी। और भी दिलचस्प बात यह है कि लेजर को कमरे के तापमान पर और मानव आंख के लिए सुरक्षित प्रकाश तरंग दैर्ध्य पर चलाया जा सकता है।

उन्नत PCSELs लाभ

बाजार में उन्नत PCSELs लाने से कई लाभ हैं। एक के लिए, वे अधिक संगत और लंबे समय तक प्रोजेक्टिंग लेजर के लिए दरवाजा खोलेंगे। ये उपकरण कम शक्ति का उपयोग करेंगे और निरंतर संचालन के दौरान ठंडे रहेंगे।

सुधारित विश्वसनीयता

एक अन्य लाभ यह है कि उनकी दीर्घकालिक विश्वसनीयता है। पिछले संस्करणों के PCSELs ने समय के साथ गिरते प्रदर्शन को देखा क्योंकि बीम को बनाने में मदद करने वाले क्रिस्टल परमाणु हस्तक्षेप के कारण खराब होने लगे। इस最新 दृष्टिकोण से इस समस्या को समाप्त कर दिया जाता है, जिसका अर्थ है कि इन उपकरणों का जीवनकाल बहुत लंबा होता है।

बढ़ी हुई शक्ति क्षमता

PCSELs का मुख्य लाभ यह है कि वे अधिक शक्ति को संभाल सकते हैं। यह क्षमता उन्हें अगली पीढ़ी के निर्देशित ऊर्जा हथियारों के लिए आदर्श बनाती है। ये प्रणालियां सैन्य हार्डवेयर के भविष्य के रूप में देखी जाती हैं क्योंकि उनमें लगभग अंतहीन गोला-बारूद होता है, जो केवल उनकी शक्ति आपूर्ति से सीमित होता है।

वास्तविक दुनिया में PCSELs के अनुप्रयोग

अधिक विश्वसनीय और उच्च शक्ति वाले लेजर के लिए अनुप्रयोगों की एक लंबी सूची है। ये उपकरण ड्रोन से लेकर ईवी और यहां तक कि अंतरिक्ष यान तक में अपना घर पाएंगे। पहले से ही कई लोग इस प्रौद्योगिकी को भविष्य के सैन्य हार्डवेयर डिज़ाइनों के लिए महत्वपूर्ण मानते हैं।

अगली पीढ़ी के लिडार सिस्टम

लिडार दुनिया को देखने और इंटरैक्ट करने के तरीके को बदल रहा है। पहले से ही, उच्च-शक्ति लिडार जंगलों या महासागर तल के अज्ञात क्षेत्रों को मैप करने में मदद कर रहा है। ये सिस्टम अधिक लचीले और सक्षम होंगे क्योंकि वे उपयोग करते हैं लेजर की शक्ति बढ़ जाएगी।

उन्नत लेजर हथियार प्रणाली

सैन्य इस प्रौद्योगिकी का उपयोग दुश्मन मिसाइलों और वाहनों को नष्ट करने में सक्षम लेजर बनाने के लिए करना चाहता है। ये हथियार दशकों से परीक्षण कर रहे हैं। हालांकि, यह तब तक नहीं था जब तक कि उन्हें हाल ही में वाहनों में एकीकरण शुरू नहीं किया गया था। जबकि वे अभी भी परीक्षण चरण में हैं, ये लेजर-संचालित हथियार भविष्य के युद्ध के मैदान पर शासन करेंगे।

PCSELs अपनाने की समय सीमा

यह प्रौद्योगिकी नागरिकों तक पहुंचने में अभी भी 20 साल लग सकते हैं। डिज़ाइन को स्केल अप करने और उनकी सुरक्षा सुनिश्चित करने के संदर्भ में अभी भी बहुत शोध किया जाना बाकी है। जबकि नागरिकों को इंतजार करना होगा, यह प्रौद्योगिकी अगले दशक में सैन्य उपयोग देख सकती है।

PCSEL अनुसंधान टीम से मिलें

इलिनोइस उरबाना-शैंपेन विश्वविद्यालय के ग्रेन्जर कॉलेज ऑफ इंजीनियरिंग ने PCSELs अध्ययन का नेतृत्व किया। विशेष रूप से, केंट चोक्वेट को अध्ययन के मुख्य लेखक के रूप में सूचीबद्ध किया गया है। उन्हें मिंजू लैरी ली समूह के सदस्यों से मजबूत समर्थन मिला। नोटिसably, पूरी परियोजना को एयर फोर्स रिसर्च लेबोरेटरी से वित्त पोषण और समर्थन प्राप्त हुआ,

उन्नत PCSELs के लिए भविष्य का दृष्टिकोण

इंजीनियर अब अपने वर्तमान डिज़ाइन में सुधार करेंगे। वे डिवाइस को अधिक विश्वसनीय बनाने और अपनी शक्ति को स्केल अप करने के साथ-साथ अपने फॉर्म फैक्टर को कम करने की योजना बना रहे हैं। इसके अलावा, वे निर्माण प्रक्रिया को तेज करने के लिए स्थायी निर्माण प्रक्रियाओं पर काम करेंगे।

लेजर उद्योग में निवेश

लेजर उद्योग में कई अग्रणी प्रतियोगी हैं। ये कंपनियां अपने उच्च-तकनीकी लेजर की मांग बढ़ने के साथ-साथ बढ़ते लाभ को देख रही हैं। यहाँ एक कंपनी है जो लेजर क्षेत्र में एक प्रमुख बल बनी हुई है और प्रौद्योगिकी में किसी भी प्रमुख अपग्रेड से लाभान्वित हो सकती है।

लेजर फोटोनिक्स कॉर्प

लेजर फोटोनिक्स कॉर्प (LASE ) 2019 में बाजार में आया और इसका मुख्यालय ऑरलैंडो, फ्लोरिडा में है। उस समय से, कंपनी उच्च-शक्ति और औद्योगिक लेजर उत्पादन में माहिर है। यह वर्तमान में औद्योगिक ग्राहकों के लिए मानक और अनुकूलित लेजर समाधानों का मिश्रण प्रदान करता है।

कंपनी ने अपने विश्वसनीय लेजर क्लीनिंग सिस्टम, कटिंग विकल्पों और फिनिशिंग डिवाइसों के कारण गुणवत्ता के लिए प्रत्यावर्ति प्राप्त की। ये लोकप्रिय डिवाइस लेजर फोटोनिक्स की विश्वसनीय और प्रभावी लेजर समाधान प्रदान करने की प्रतिबद्धता को प्रदर्शित करने में मदद की है। लेजर निर्माण क्षेत्र में जोखिम लेने वाले किसी भी व्यक्ति को लेजर फोटोनिक्स कॉर्प में और अधिक शोध करना चाहिए।

लेजर फोटोनिक्स कॉर्प (LASE) की नवीनतम स्टॉक समाचार और विकास

उन्नत PCSELs | निष्कर्ष

उन्नत PCSELs एक नए युग की शुरुआत करेंगे। पहले से ही, वैज्ञानिक अगली पीढ़ी के लेजर प्रणोदन प्रणाली और संचार नेटवर्क का अन्वेषण कर रहे हैं। एक अधिक विश्वसनीय और आंखों के लिए सुरक्षित लेजर को समीकरण में जोड़ने से केवल इन प्रयासों को और अधिक बढ़ावा मिलेगा, जिससे अधिक नवाचार होगा। अभी के लिए, अभी भी बहुत काम करना बाकी है, लेकिन इस टीम của नवाचारी इंजीनियरों ने भविष्य के प्रयासों के लिए एक ठोस आधार रखा है।

अन्य शांत ब्रेकथ्रू के बारे में जानें यहाँ।

संदर्भित अध्ययन:

^{1. चोक्वेट, के.डी., ली, एम.एल., ओज़देन, एस., गुओ, जेड., शू, एस., और पार्क, जे.एस. (2024)। फोटोपंप्ड बरied डायइलेक्ट्रिक फोटोनिक-क्रिस्टल सर्फेस-एमिटिंग लेजर। आईईईई फोटोनिक्स जर्नल, 16(3), 1–8। https://doi.org/10.1109/JPHOT.2024.10965337}