उच्च शक्ति वाले लेज़रों के लिए डायमंड मिरर

उच्च शक्ति वाले लेज़रों के लिए डायमंड मिरर

एक हीरे के दर्पण पर एक उच्च शक्ति वाले निरंतर लेजर हिटिंग नैनोस्ट्रक्चर का चित्रण। क्रेडिट: लोनकार लैब / हार्वर्ड सीएएस

लगभग हर कार, ट्रेन और विमान जो 1970 के बाद से बनाया गया है, उच्च शक्ति वाले लेज़रों का उपयोग करके निर्मित किया गया है जो प्रकाश की एक सतत किरण को शूट करते हैं। ये लेजर स्टील को काटने के लिए काफी मजबूत हैं, सर्जरी करने के लिए पर्याप्त सटीक हैं, और संदेशों को गहरे अंतरिक्ष में ले जाने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली हैं। वे इतने शक्तिशाली हैं, वास्तव में, लचीला और लंबे समय तक चलने वाले घटकों को इंजीनियर करना मुश्किल है जो लेजर द्वारा उत्सर्जित शक्तिशाली बीम को नियंत्रित कर सकते हैं।

आज, उच्च-शक्ति निरंतर तरंग (सीडब्ल्यू) लेजर में बीम को निर्देशित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले अधिकांश दर्पण विभिन्न ऑप्टिकल गुणों वाली सामग्री के पतले कोटिंग्स को ले कर बनाए जाते हैं। लेकिन अगर किसी भी परत में एक भी छोटा दोष है, तो शक्तिशाली लेजर बीम जल जाएगा, जिससे पूरा उपकरण विफल हो जाएगा।

यदि आप एक ही सामग्री से दर्पण बना सकते हैं, तो यह दोषों की संभावना को काफी कम कर देगा और लेजर के जीवनकाल को बढ़ा देगा। लेकिन कौन सी सामग्री काफी मजबूत होगी?

अब, हार्वर्ड जॉन ए पॉलसन स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग एंड एप्लाइड साइंसेज (एसईएएस) के शोधकर्ताओं ने ग्रह पर सबसे मजबूत सामग्री में से एक दर्पण का निर्माण किया है: हीरा। हीरे की एक पतली शीट की सतह पर नैनोस्ट्रक्चर नक़्क़ाशी करके, अनुसंधान दल ने एक अत्यधिक परावर्तक दर्पण का निर्माण किया, जो बिना नुकसान के, 10-किलोवाट नेवी लेजर के साथ प्रयोग करता है।

“हमारा एक-सामग्री दर्पण दृष्टिकोण थर्मल तनाव के मुद्दों को समाप्त करता है जो पारंपरिक दर्पणों के लिए हानिकारक होते हैं, जो बहु-सामग्री स्टैक द्वारा गठित होते हैं, जब वे बड़ी ऑप्टिकल शक्तियों से विकिरणित होते हैं, ” एसईएएस में इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के टियांट्सई लिन प्रोफेसर मार्को लोंकार ने कहा। कागज के वरिष्ठ लेखक। “इस दृष्टिकोण में उच्च शक्ति वाले लेजर के नए अनुप्रयोगों को सुधारने या बनाने की क्षमता है।”

शोध में प्रकाशित हुआ है प्रकृति संचार.

नैनोस्केल ऑप्टिक्स के लिए लोनकार की प्रयोगशाला ने मूल रूप से क्वांटम ऑप्टिक्स और संचार में अनुप्रयोगों के लिए नैनोस्केल संरचनाओं को हीरे में खोदने की तकनीक विकसित की।

एसईएएस के पूर्व स्नातक छात्र और पोस्टडॉक्टरल फेलो और पेपर के पहले लेखक हैग एटिकियन ने कहा, “हमने सोचा, क्वांटम अनुप्रयोगों के लिए हमने जो विकसित किया है उसका उपयोग क्यों न करें और इसे और अधिक शास्त्रीय के लिए उपयोग करें।”

इस तकनीक का उपयोग करते हुए, जो हीरे को खोदने के लिए आयन बीम का उपयोग करता है, शोधकर्ताओं ने 3-मिलीमीटर से 3-मिलीमीटर डायमंड शीट पर सतह पर गोल्फ-टी के आकार के स्तंभों की एक सरणी गढ़ी। गोल्फ टीज़ का आकार, ऊपर से चौड़ा और नीचे की तरफ पतला, हीरे की सतह को 98.9% परावर्तक बनाता है।

उच्च शक्ति वाले लेज़रों के लिए डायमंड मिरर

दर्पण की ज़ूम की गई SEM छवि। क्रेडिट: लोनकार लैब / हार्वर्ड सीएएस)

SEAS के एक शोध वैज्ञानिक और सह-लेखक नील सिंक्लेयर ने कहा, “आप ऐसे रिफ्लेक्टर बना सकते हैं जो 99.999% परावर्तक हैं, लेकिन उनमें 10-20 परतें हैं, जो कम शक्ति वाले लेजर के लिए ठीक है, लेकिन निश्चित रूप से उच्च शक्तियों का सामना करने में सक्षम नहीं होंगे।” कागज का।

एक उच्च-शक्ति वाले लेजर के साथ दर्पण का परीक्षण करने के लिए, टीम ने पेंसिल्वेनिया स्टेट यूनिवर्सिटी एप्लाइड रिसर्च लेबोरेटरी में सहयोगियों की ओर रुख किया, रक्षा विभाग ने यूएस नेवी यूनिवर्सिटी से संबद्ध अनुसंधान केंद्र नामित किया।

वहां, एक विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए कमरे में, जो लेजर प्रकाश के खतरनाक स्तरों को बाहर निकलने और आसन्न कमरे में अंधा या जलाने से रोकने के लिए बंद कर दिया गया है, शोधकर्ताओं ने अपना दर्पण 10 किलोवाट लेजर के सामने रखा, जो स्टील के माध्यम से जलने के लिए पर्याप्त मजबूत है .

शीशा बेदाग निकला।

“इस शोध के साथ विक्रय बिंदु यह है कि हमारे पास 10-किलोवाट लेजर था जो 3-बाय-3-मिलीमीटर हीरे पर 750-माइक्रोन स्थान पर केंद्रित था, जो कि बहुत छोटी जगह पर केंद्रित बहुत सारी ऊर्जा है, और हमने इसे नहीं जलाया, ”अतीकियन ने कहा। “यह महत्वपूर्ण है क्योंकि जैसे-जैसे लेजर सिस्टम अधिक से अधिक शक्ति के भूखे होते जाते हैं, आपको ऑप्टिकल घटकों को और अधिक मजबूत बनाने के लिए रचनात्मक तरीकों के साथ आने की आवश्यकता होती है।”

भविष्य में, शोधकर्ता इन दर्पणों को रक्षा अनुप्रयोगों, अर्धचालक निर्माण, औद्योगिक निर्माण और गहरे अंतरिक्ष संचार के लिए उपयोग करने की कल्पना करते हैं। इस दृष्टिकोण का उपयोग कम खर्चीली सामग्री में भी किया जा सकता है, जैसे कि फ़्यूज्ड सिलिका।

हार्वर्ड ओटीडी ने इस परियोजना से जुड़ी बौद्धिक संपदा की रक्षा की है और व्यावसायीकरण के अवसरों की खोज कर रहा है।


लिथियम नाइओबेट चिप पर पहला एकीकृत लेजर


अधिक जानकारी:
हाई-पावर कंटीन्यूअस-वेव लेज़रों के लिए हाईग ए. अटिकियन एट अल, डायमंड मिरर, प्रकृति संचार (2022)। डीओआई: 10.1038 / s41467-022-30335-2

हार्वर्ड जॉन ए पॉलसन स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग एंड एप्लाइड साइंसेज द्वारा प्रदान किया गया

उद्धरण: उच्च शक्ति वाले लेज़रों के लिए डायमंड मिरर (2022, 23 मई) 23 मई 2022 को https://phys.org/news/2022-05-diamond-mirrors-high-Powered-lasers.html से प्राप्त किया गया।

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