हाल के वर्षों में, 3डी प्रिंटिंग तकनीक का उपयोग विभिन्न उद्योगों में तेजी से किया जा रहा है, विशेष रूप से सटीक विनिर्माण और प्रकाशिकी में। जर्मनी में स्टटगार्ट विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने हाल ही में एक बनायाबहुत महत्वपूर्ण खोजजब उन्होंने पहली बार प्रदर्शित किया कि 3डी-मुद्रित पॉलिमर पर आधारित लघु प्रकाशिकी लेजर के अंदर उत्पन्न गर्मी और शक्ति का सामना करने में सक्षम हैं। यह खोज सस्ते, कॉम्पैक्ट और स्थिर लेजर स्रोतों के निर्माण का मार्ग प्रशस्त करती है जो विभिन्न अनुप्रयोग परिदृश्यों में बेहद महत्वपूर्ण हैं, विशेष रूप से सेल्फ-ड्राइविंग कारों में उपयोग किए जाने वाले LIDAR सिस्टम में।
स्टटगार्ट विश्वविद्यालय में इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स IV में अनुसंधान टीम के प्रमुख साइमन एंगस्टनबर्गर ने कहा: "3 डी प्रिंटिंग तकनीक का उपयोग करके, हमने सीधे लेजर के अंदर ग्लास फाइबर पर उच्च गुणवत्ता वाले माइक्रो-ऑप्टिक्स बनाए हैं, जिससे इसका आकार काफी कम हो गया है। . यह पहली बार है कि ऐसे 3डी-मुद्रित प्रकाशिकी का उपयोग वास्तविक लेजर में किया गया है, जो पूरी तरह से उनकी उच्च क्षति सहनशीलता सीमा और स्थिरता को प्रदर्शित करता है।"
जर्नल ऑप्टिक्स लेटर्स में, टीम ने विस्तार से वर्णन किया है कि कैसे उन्होंने माइक्रो-ऑप्टिक्स को सीधे ऑप्टिकल फाइबर पर 3डी प्रिंट किया, इस प्रकार फाइबर को लेजर क्रिस्टल के साथ एक लेजर ऑसिलेटर में मजबूती से संयोजित किया। हाइब्रिड लेजर 20 mW से अधिक की आउटपुट पावर और 37 mW की अधिकतम आउटपुट पावर के साथ 1063.4 एनएम पर स्थिर रूप से काम करने में सक्षम था।
नया लेजर क्रिस्टल-आधारित सॉलिड-स्टेट लेजर के लाभों के साथ फाइबर लेजर की कॉम्पैक्टनेस, मजबूती और कम लागत वाले फायदों को जोड़ता है, जिसमें विभिन्न शक्तियों और रंगों जैसे प्रदर्शन विशेषताओं की एक विस्तृत श्रृंखला होती है। 3डी-मुद्रित लेंस का उपयोग करके फाइबर-युग्मित लेजर का डिज़ाइन चित्र 1 में दिखाया गया है।
साइमन एंगस्टनबर्गर कहते हैं, "अब तक, 3डी प्रिंटेड ऑप्टिक्स का उपयोग मुख्य रूप से एंडोस्कोपी जैसे कम-शक्ति परिदृश्यों में किया गया है। हालांकि, हम उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों, जैसे फोटोलिथोग्राफी और लेजर मार्किंग के लिए इन प्रौद्योगिकियों की क्षमता का प्रदर्शन करते हैं। हम दिखाते हैं ऑप्टिकल फाइबर पर सीधे मुद्रित ये 3डी माइक्रो-ऑप्टिक्स बड़ी मात्रा में प्रकाश को एक बिंदु पर केंद्रित कर सकते हैं, जो कैंसर कोशिकाओं के सटीक विनाश जैसे चिकित्सा में अनुप्रयोगों में बहुत महत्वपूर्ण है।"
ऑप्टिकल फाइबर पर सीधे सूक्ष्म लेंस बनाना
स्टटगार्ट विश्वविद्यालय में भौतिकी संस्थान IV के पास 3डी-मुद्रित माइक्रो-ऑप्टिक्स के क्षेत्र में व्यापक शोध अनुभव है, जिसमें ऑप्टिकल फाइबर पर सीधे मुद्रण में विशेष विशेषज्ञता है। वे "टू-फोटॉन पोलीमराइजेशन" नामक 3डी प्रिंटिंग विधि का उपयोग करते हैं, जिसमें एक इन्फ्रारेड लेजर को यूवी-संवेदनशील फोटोरेसिस्ट में केंद्रित किया जाता है।
लेजर के फोकल क्षेत्र में, दो इन्फ्रारेड फोटॉन एक ही समय में अवशोषित होते हैं, जो यूवी प्रतिरोध को बढ़ाता है। केंद्र बिंदु को हिलाकर, उच्च परिशुद्धता के साथ कई आकृतियाँ बनाई जा सकती हैं। यह तकनीक न केवल लघु प्रकाशिकी के निर्माण को सक्षम बनाती है बल्कि फ्री-फॉर्म ऑप्टिकल तत्वों या जटिल लेंस प्रणालियों के निर्माण जैसे नए कार्यों को भी सक्षम बनाती है।
ये 3डी मुद्रित घटक पॉलिमर से बने हैं, और हम अनिश्चित थे कि क्या वे लेजर गुहा में उत्पन्न बड़ी मात्रा में गर्मी और ऑप्टिकल शक्ति का सामना करने में सक्षम होंगे, "साइमन एंगस्टनबर्गर कहते हैं। हालांकि, बाद में यह पाया गया कि कोई क्षति नहीं देखी गई थी कई घंटों तक लंबे समय तक लेजर चलाने के बाद भी लेंस पर प्रभाव पड़ता है, जो उनकी अत्यधिक उच्च स्थिरता को साबित करता है।"
इस नवीनतम अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने दो के माध्यम से एक ही व्यास के ऑप्टिकल फाइबर के अंत में 0.25 मिमी के व्यास और 80 माइक्रोन की ऊंचाई के साथ लेंस बनाने के लिए नैनोस्क्राइब द्वारा निर्मित एक 3डी प्रिंटर का उपयोग किया। फोटॉन पोलीमराइजेशन (चित्र 2)। इस प्रक्रिया में ऑप्टिक्स को डिजाइन करना, फाइबर को 3डी प्रिंटर में डालना और फिर फाइबर के अंत में माइक्रोस्ट्रक्चर को सटीक रूप से प्रिंट करना शामिल है, जिसके लिए मुद्रित फाइबर के संरेखण और प्रिंटिंग में उच्च स्तर की सटीकता की आवश्यकता होती है।
हाइब्रिड लेजर का निर्माण
3डी प्रिंटिंग पूरी होने के बाद, टीम ने लेजर और लेजर कैविटी को असेंबल करना शुरू किया। भारी और महंगे दर्पणों का उपयोग करने वाली पारंपरिक लेजर गुहाओं के विपरीत, उन्होंने गुहा का हिस्सा बनाने के लिए फाइबर का उपयोग किया, जिससे एक अद्वितीय हाइब्रिड फाइबर-क्रिस्टल लेजर बनाया गया। इस डिज़ाइन में, फाइबर के अंत पर मुद्रित लघु लेंस का उपयोग लेजर क्रिस्टल द्वारा उत्सर्जित और प्राप्त प्रकाश को फोकस करने और एकत्र करने या युग्मित करने के लिए किया जाता है। सिस्टम की स्थिरता में सुधार करने और वायु अशांति के प्रभाव को कम करने के लिए, शोधकर्ताओं ने फाइबर को एक धारक में सुरक्षित कर दिया। विशेष रूप से, क्रिस्टल और मुद्रित लेंस का आकार 5 × 5 सेमी² का बहुत कॉम्पैक्ट होता है।
कई घंटों तक लेजर के पावर आउटपुट को लगातार रिकॉर्ड करके, शोधकर्ताओं ने सत्यापित किया कि सिस्टम में 3डी-प्रिंटेड ऑप्टिक्स के प्रदर्शन में कोई गिरावट नहीं आई है और इससे लेजर की दीर्घकालिक परिचालन प्रभावशीलता प्रभावित नहीं हुई है। इसके अलावा, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके लेजर गुहा में प्रकाशिकी के अवलोकन से कोई दृश्य क्षति नहीं हुई। साइमन एंगस्टनबर्गर ने कहा, "हमने पाया कि मुद्रित प्रकाशिकी हमारे द्वारा उपयोग किए जाने वाले वाणिज्यिक फाइबर ब्रैग ग्रेटिंग की तुलना में अधिक स्थिर थी, जिसने अंततः हमारी अधिकतम शक्ति को सीमित कर दिया।"
अनुसंधान टीम वर्तमान में 3डी-मुद्रित प्रकाशिकी की दक्षता को अनुकूलित करने के लिए काम कर रही है। वे अनुकूलित फ्री-फॉर्म लेंस और एस्फेरिकल लेंस डिज़ाइन के साथ बड़े ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग करने की योजना बनाते हैं या आउटपुट पावर को बढ़ावा देने के लिए सीधे फाइबर पर लेंस संयोजनों को प्रिंट करने का प्रयास करते हैं। साथ ही, वे लेजर में विभिन्न प्रकार के क्रिस्टल का उपयोग करने की योजना बना रहे हैं, जो विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए आउटपुट विशेषताओं के अनुकूलन और अनुकूलन को सक्षम करेगा।
