लेजर सेन्सर को सिद्धान्त र आवेदन

लेजर सेन्सरहरू मापन गर्न लेजर प्रविधि प्रयोग गर्ने सेन्सरहरू हुन्। यसमा लेजर, लेजर डिटेक्टर र मापन सर्किट हुन्छ। लेजर सेन्सर एक नयाँ प्रकारको नाप्ने यन्त्र हो। यसको फाइदाहरू यो हो कि यसले गैर-सम्पर्क लामो दूरीको मापन, द्रुत गति, उच्च परिशुद्धता, ठूलो दायरा, बलियो विरोधी प्रकाश र विद्युतीय हस्तक्षेप क्षमता, आदि महसुस गर्न सक्छ।
लाइट र लेजर लेजरहरू 1960 को दशकमा देखा पर्ने सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण वैज्ञानिक र प्राविधिक उपलब्धिहरू मध्ये एक थिए। यो द्रुत रूपमा विकसित भएको छ र राष्ट्रिय रक्षा, उत्पादन, औषधि र गैर-विद्युतीय मापन जस्ता विभिन्न पक्षहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग भएको छ। सामान्य प्रकाशको विपरीत, एक लेजर लेजर द्वारा उत्पन्न गर्न आवश्यक छ। लेजरको काम गर्ने पदार्थको लागि, सामान्य अवस्थामा, अधिकांश परमाणुहरू स्थिर कम ऊर्जा स्तर E1 मा छन्। उपयुक्त फ्रिक्वेन्सीको बाह्य प्रकाशको कार्य अन्तर्गत, न्यून ऊर्जा स्तरमा परमाणुहरूले फोटोन ऊर्जा अवशोषित गर्छन् र उच्च ऊर्जा स्तर E2 मा संक्रमण गर्न उत्साहित हुन्छन्। फोटान ऊर्जा E=E2-E1=hv, जहाँ h प्लान्कको स्थिरता हो र v फोटोन आवृत्ति हो। यसको विपरित, फ्रिक्वेन्सी v को साथ प्रकाशको प्रेरण अन्तर्गत, ऊर्जा स्तर E2 मा परमाणुहरू ऊर्जा छोड्न र प्रकाश उत्सर्जन गर्न कम ऊर्जा स्तरमा संक्रमण हुनेछ, जसलाई उत्तेजित विकिरण भनिन्छ। लेजरले पहिले काम गर्ने पदार्थको परमाणुहरूलाई उच्च ऊर्जा स्तरमा असामान्य रूपमा बनाउँछ (अर्थात, जनसंख्या उल्टो वितरण), जसले उत्तेजित विकिरण प्रक्रियालाई प्रभावशाली बनाउन सक्छ, ताकि फ्रिक्वेन्सी v को प्रेरित प्रकाश बृद्धि हुन्छ, र पार गर्न सकिन्छ। समानान्तर दर्पण शक्तिशाली उत्तेजित विकिरण उत्पन्न गर्न हिमस्खलन-प्रकार प्रवर्धन बनाइन्छ, जसलाई लेजर भनिन्छ।

लेजरहरूका 3 महत्त्वपूर्ण गुणहरू छन्:
1. उच्च निर्देशन (अर्थात्, उच्च निर्देशन, प्रकाशको गतिको सानो विचलन कोण), लेजर किरणको विस्तार दायरा केही किलोमिटरबाट मात्र केही सेन्टिमिटर टाढा छ;
2. उच्च मोनोक्रोमेटिकता, लेजरको फ्रिक्वेन्सी चौडाइ सामान्य प्रकाशको भन्दा १० गुणा सानो छ;
3. उच्च चमक, धेरै मिलियन डिग्री को अधिकतम तापमान लेजर बीम अभिसरण को प्रयोग द्वारा उत्पन्न गर्न सकिन्छ।

काम गर्ने पदार्थ अनुसार लेजरहरूलाई ४ प्रकारमा विभाजन गर्न सकिन्छ:
1. ठोस अवस्था लेजर: यसको काम गर्ने पदार्थ ठोस छ। सामान्यतया प्रयोग हुने रुबी लेजरहरू, नियोडिमियम-डोपेड yttrium एल्युमिनियम गार्नेट लेजरहरू (अर्थात् YAG लेजरहरू) र नियोडिमियम ग्लास लेजरहरू छन्। तिनीहरूसँग लगभग एउटै संरचना छ, र सानो, बलियो, र उच्च-शक्ति भएको विशेषता हो। नियोडिमियम-ग्लास लेजरहरू हाल उच्च पल्स आउटपुट पावर भएका यन्त्रहरू हुन्, दसौं मेगावाटसम्म पुग्छन्।
2. ग्यास लेजर: यसको काम गर्ने पदार्थ ग्यास हो। अब त्यहाँ विभिन्न ग्यास परमाणु, आयन, धातु वाष्प, ग्यास अणु लेजरहरू छन्। सामान्यतया प्रयोग गरिन्छ कार्बन डाइअक्साइड लेजरहरू, हेलियम नियोन लेजरहरू र कार्बन मोनोअक्साइड लेजरहरू, जुन सामान्य डिस्चार्ज ट्यूबहरू जस्तै आकारका हुन्छन्, र स्थिर आउटपुट, राम्रो मोनोक्रोमेटिकता, र लामो जीवन, तर कम शक्ति र कम रूपान्तरण दक्षताको साथ विशेषता हुन्छन्।
3. तरल लेजर: यसलाई chelate लेजर, अजैविक तरल लेजर र जैविक डाई लेजर मा विभाजित गर्न सकिन्छ, जसमध्ये सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण जैविक डाई लेजर हो, यसको सबैभन्दा ठूलो विशेषता यो हो कि तरंग दैर्ध्य लगातार समायोज्य छ।
4. सेमीकन्डक्टर लेजर: यो एक अपेक्षाकृत जवान लेजर हो, र अधिक परिपक्व एक GaAs लेजर हो। यो उच्च दक्षता, सानो आकार, हल्का तौल र साधारण संरचना द्वारा विशेषता हो, र हवाइजहाज, युद्धपोत, ट्याङ्क र पैदल सेनामा बोक्न उपयुक्त छ। दायरा खोज्ने र स्थलहरूमा बनाउन सकिन्छ। यद्यपि, आउटपुट पावर सानो छ, दिशात्मकता कमजोर छ, र यो परिवेशको तापक्रमबाट धेरै प्रभावित हुन्छ।

लेजर सेन्सर अनुप्रयोगहरू
उच्च निर्देशन, उच्च मोनोक्रोमेटिकता र लेजरको उच्च चमकको विशेषताहरू प्रयोग गरेर गैर-सम्पर्क लामो-दूरी मापन महसुस गर्न सक्छ। लेजर सेन्सरहरू प्रायः भौतिक परिमाणहरू जस्तै लम्बाइ, दूरी, कम्पन, गति, र अभिमुखीकरण, साथै वायुमण्डलीय प्रदूषकहरूको त्रुटि पत्ता लगाउन र निगरानीको लागि प्रयोग गरिन्छ।
लेजर लम्बाइ मापन:
लम्बाइको सटीक मापन सटीक मेसिनरी निर्माण उद्योग र अप्टिकल प्रशोधन उद्योगमा प्रमुख प्रविधिहरू मध्ये एक हो। आधुनिक लम्बाइ मापन प्रायः प्रकाश तरंगहरूको हस्तक्षेप घटना प्रयोग गरेर गरिन्छ, र यसको शुद्धता मुख्यतया प्रकाशको मोनोक्रोमेटिकतामा निर्भर गर्दछ। लेजर सबैभन्दा आदर्श प्रकाश स्रोत हो, जुन विगतमा सबैभन्दा राम्रो मोनोक्रोमेटिक प्रकाश स्रोत (क्रिप्टन-86 बत्ती) भन्दा 100,000 गुणा शुद्ध छ। त्यसैले, लेजर लम्बाइ मापन दायरा ठूलो छ र सटीक उच्च छ। अप्टिकल सिद्धान्त अनुसार, मोनोक्रोमेटिक प्रकाशको अधिकतम मापनयोग्य लम्बाइ L, तरंग लम्बाइ λ र वर्णक्रम रेखा चौडाइ δ बीचको सम्बन्ध L=λ/δ हो। क्रिप्टन-86 बत्तीको साथ मापन गर्न सकिने अधिकतम लम्बाइ 38.5 सेन्टिमिटर हो। लामो वस्तुहरूको लागि, यसलाई खण्डहरूमा मापन गर्न आवश्यक छ, जसले शुद्धता कम गर्दछ। यदि हेलियम-नियोन ग्यास लेजर प्रयोग गरिन्छ भने, यसले दसौं किलोमिटरसम्म नाप्न सक्छ। सामान्यतया केही मिटर भित्र लम्बाइ मापन गर्नुहोस्, र यसको शुद्धता 0.1 माइक्रोन पुग्न सक्छ।
लेजर दायरा:
यसको सिद्धान्त रेडियो रडार जस्तै छ। लेजर लक्ष्यमा लक्षित र प्रक्षेपण गरेपछि, यसको राउन्ड-ट्रिप समय मापन गरिन्छ, र त्यसपछि राउन्ड-ट्रिप दूरी प्राप्त गर्न प्रकाशको गतिले गुणा गरिन्छ। किनभने लेजरसँग उच्च निर्देशन, उच्च मोनोक्रोमेटिकता र उच्च शक्तिको फाइदाहरू छन्, यी लामो दूरी मापन गर्न, लक्ष्यको अभिमुखीकरण निर्धारण गर्न, प्राप्त गर्ने प्रणालीको सिग्नल-टु-आवाज अनुपात सुधार गर्न, र मापन शुद्धता सुनिश्चित गर्न धेरै महत्त्वपूर्ण छन्। । बढ्दो ध्यान प्राप्त भयो। लेजर रेन्जफाइन्डरको आधारमा विकसित लिडरले दूरी मात्र मापन गर्न सक्दैन, तर लक्ष्यको अजीमुथ, गति र प्रवेग पनि मापन गर्न सक्छ। ५०० देखि २००० किलोमिटरसम्मको राडारमा केही मिटर मात्रै त्रुटि हुन्छ । हाल, रुबी लेजरहरू, नियोडिमियम ग्लास लेजरहरू, कार्बन डाइअक्साइड लेजरहरू र ग्यालियम आर्सेनाइड लेजरहरू लेजर दायराफाइन्डरहरूको लागि प्रकाश स्रोतको रूपमा प्रयोग गरिन्छ।

लेजर कम्पन मापन:
x
लेजर गति मापन:
यो डप्लर सिद्धान्तमा आधारित लेजर वेग मापन विधि पनि हो। लेजर डप्लर फ्लोमिटर (लेजर फ्लोमिटर हेर्नुहोस्) बढी प्रयोग गरिन्छ, जसले पवन सुरुङको वायुप्रवाह वेग, रकेट इन्धन प्रवाह वेग, विमान जेट वायुप्रवाह वेग, वायुमण्डलीय हावाको गति र कण आकार र रासायनिक प्रतिक्रियाहरूमा अभिसरण गति, आदि मापन गर्न सक्छ।