लेज़र सिद्धांत और उसका अनुप्रयोग

लेज़र, उत्तेजित विकिरण प्रवर्धन और आवश्यक प्रतिपुष्टि के माध्यम से समांतर, एकवर्णी, सुसंगत प्रकाश किरणें उत्पन्न करने की प्रक्रिया और उपकरण को संदर्भित करता है। मूलतः, लेज़र उत्पादन के लिए तीन तत्वों की आवश्यकता होती है: एक "अनुनादक", एक "लाभ माध्यम", और एक "पंपिंग स्रोत"।

A. सिद्धांत

एक परमाणु की गति की स्थिति को विभिन्न ऊर्जा स्तरों में विभाजित किया जा सकता है, और जब परमाणु उच्च ऊर्जा स्तर से निम्न ऊर्जा स्तर पर संक्रमण करता है, तो यह इसी ऊर्जा (तथाकथित स्वतःस्फूर्त विकिरण) के फोटॉन जारी करता है। इसी तरह, जब एक फोटॉन ऊर्जा स्तर प्रणाली पर घटना और इसके द्वारा अवशोषित होता है, तो यह परमाणु को निम्न ऊर्जा स्तर से उच्च ऊर्जा स्तर (तथाकथित उत्तेजित अवशोषण) में संक्रमण करने का कारण होगा; फिर, कुछ परमाणु जो उच्च ऊर्जा स्तरों में संक्रमण करते हैं, वे निम्न ऊर्जा स्तरों में संक्रमण करेंगे और फोटॉन उत्सर्जित करेंगे (तथाकथित उत्तेजित विकिरण)। ये आंदोलन अलगाव में नहीं होते हैं, बल्कि अक्सर समानांतर में होते हैं। जब हम एक स्थिति बनाते हैं, जैसे कि उपयुक्त माध्यम, अनुनादक, पर्याप्त बाहरी विद्युत क्षेत्र का उपयोग करना, उत्तेजित विकिरण को बढ़ाया जाता है ताकि उत्तेजित अवशोषण से अधिक हो

बी. वर्गीकरण

लेज़र बनाने वाले माध्यम के अनुसार, लेज़र को द्रव लेज़र, गैस लेज़र और ठोस लेज़र में विभाजित किया जा सकता है। आजकल सबसे आम अर्धचालक लेज़र एक प्रकार का ठोस-अवस्था लेज़र है।

सी. रचना

अधिकांश लेज़र तीन भागों से बने होते हैं: उत्तेजन प्रणाली, लेज़र पदार्थ और प्रकाशीय अनुनादक। उत्तेजन प्रणालियाँ ऐसे उपकरण हैं जो प्रकाश, विद्युत या रासायनिक ऊर्जा उत्पन्न करते हैं। वर्तमान में, मुख्य रूप से प्रयुक्त प्रोत्साहन साधन प्रकाश, विद्युत या रासायनिक अभिक्रियाएँ हैं। लेज़र पदार्थ वे पदार्थ हैं जो लेज़र प्रकाश उत्पन्न कर सकते हैं, जैसे माणिक, बेरिलियम काँच, नियॉन गैस, अर्धचालक, कार्बनिक रंग आदि। प्रकाशीय अनुनाद नियंत्रण की भूमिका आउटपुट लेज़र की चमक को बढ़ाना, लेज़र की तरंगदैर्ध्य और दिशा को समायोजित और चुनना है।

डी. आवेदन

लेजर का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, मुख्य रूप से फाइबर संचार, लेजर रेंजिंग, लेजर कटिंग, लेजर हथियार, लेजर डिस्क आदि।

ई. इतिहास

1958 में, अमेरिकी वैज्ञानिकों शियाओलुओ और टाउनेस ने एक जादुई घटना की खोज की: जब उन्होंने आंतरिक प्रकाश बल्ब से निकलने वाले प्रकाश को एक दुर्लभ मृदा क्रिस्टल पर डाला, तो क्रिस्टल के अणु एक उज्ज्वल, हमेशा एक साथ रहने वाला, प्रबल प्रकाश उत्सर्जित करेंगे। इस घटना के अनुसार, उन्होंने "लेज़र सिद्धांत" का प्रस्ताव रखा, अर्थात, जब पदार्थ को उसके अणुओं की प्राकृतिक दोलन आवृत्ति के समान ऊर्जा से उत्तेजित किया जाता है, तो वह एक ऐसा प्रबल प्रकाश उत्पन्न करेगा जो अपसारित नहीं होता - लेज़र। उन्होंने इसके लिए महत्वपूर्ण शोधपत्र खोजे।

साइकोलो और टाउन्स के शोध परिणामों के प्रकाशन के बाद, विभिन्न देशों के वैज्ञानिकों ने विभिन्न प्रयोगात्मक योजनाएँ प्रस्तावित कीं, लेकिन वे सफल नहीं हुईं। 15 मई, 1960 को, कैलिफ़ोर्निया स्थित ह्यूजेस प्रयोगशाला के एक वैज्ञानिक, मेमन ने घोषणा की कि उन्होंने 0.6943 माइक्रोन तरंगदैर्ध्य वाला एक लेज़र प्राप्त कर लिया है, जो मानव द्वारा प्राप्त पहला लेज़र था, और इस प्रकार मेमन लेज़रों को व्यावहारिक क्षेत्र में लाने वाले दुनिया के पहले वैज्ञानिक बन गए।

7 जुलाई 1960 को, मेमन ने दुनिया के पहले लेजर के जन्म की घोषणा की, मेमन की योजना एक रूबी क्रिस्टल में क्रोमियम परमाणुओं को उत्तेजित करने के लिए एक उच्च तीव्रता वाली फ्लैश ट्यूब का उपयोग करना है, इस प्रकार एक बहुत ही केंद्रित पतली लाल रोशनी स्तंभ का उत्पादन करना है, जब इसे एक निश्चित बिंदु पर निकाल दिया जाता है, तो यह सूर्य की सतह से अधिक तापमान तक पहुंच सकता है।

सोवियत वैज्ञानिक एच.जी. बासोव ने 1960 में सेमीकंडक्टर लेज़र का आविष्कार किया था। सेमीकंडक्टर लेज़र की संरचना आमतौर पर P परत, N परत और सक्रिय परत से बनी होती है जो दोहरा विषमजंक्शन बनाती है। इसकी विशेषताएँ हैं: छोटा आकार, उच्च युग्मन दक्षता, तेज़ प्रतिक्रिया गति, तरंगदैर्ध्य और आकार ऑप्टिकल फाइबर के आकार के साथ फिट, सीधे मॉड्यूलेट किया जा सकता है, और अच्छी सुसंगतता।

छह, लेज़र के कुछ मुख्य अनुप्रयोग दिशाएँ

एफ. लेजर संचार

सूचना प्रसारित करने के लिए प्रकाश का उपयोग आजकल बहुत आम है। उदाहरण के लिए, जहाज संचार के लिए रोशनी का उपयोग करते हैं, और ट्रैफ़िक लाइटें लाल, पीली और हरी रोशनी का उपयोग करती हैं। लेकिन साधारण प्रकाश का उपयोग करके सूचना प्रसारित करने के ये सभी तरीके केवल छोटी दूरी तक ही सीमित हो सकते हैं। यदि आप प्रकाश के माध्यम से सीधे दूर स्थानों पर सूचना प्रसारित करना चाहते हैं, तो आप साधारण प्रकाश का उपयोग नहीं कर सकते, बल्कि केवल लेज़र का उपयोग कर सकते हैं।

तो आप लेज़र कैसे पहुँचाते हैं? हम जानते हैं कि बिजली तांबे के तारों से होकर गुज़र सकती है, लेकिन प्रकाश साधारण धातु के तारों से होकर नहीं गुज़र सकता। इसी उद्देश्य से, वैज्ञानिकों ने एक ऐसा तंतु विकसित किया है जो प्रकाश संचारित कर सकता है, जिसे ऑप्टिकल फाइबर कहते हैं। ऑप्टिकल फाइबर विशेष काँच के पदार्थ से बना होता है, जिसका व्यास मानव बाल से भी पतला होता है, आमतौर पर 50 से 150 माइक्रोन, और यह बहुत मुलायम होता है।

दरअसल, फाइबर का आंतरिक कोर उच्च अपवर्तनांक वाले पारदर्शी ऑप्टिकल ग्लास से बना होता है, और बाहरी परत कम अपवर्तनांक वाले ग्लास या प्लास्टिक से बनी होती है। ऐसी संरचना, एक ओर, आंतरिक कोर के साथ प्रकाश को अपवर्तित कर सकती है, ठीक वैसे ही जैसे पानी की पाइप में आगे की ओर बहता पानी, तार में आगे की ओर प्रवाहित होने वाली बिजली, हज़ारों घुमावों के बावजूद कोई प्रभाव नहीं डालती। दूसरी ओर, कम अपवर्तनांक वाली कोटिंग प्रकाश को बाहर रिसने से रोक सकती है, ठीक वैसे ही जैसे पानी की पाइप रिसती नहीं है और तार की इन्सुलेशन परत बिजली का संचालन नहीं करती है।

ऑप्टिकल फाइबर के आगमन से प्रकाश संचरण की समस्या हल हो गई है, लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि इससे किसी भी प्रकाश को बहुत दूर तक पहुँचाया जा सकता है। केवल उच्च चमक, शुद्ध रंग और अच्छी दिशात्मक लेज़र ही सूचना संचारित करने के लिए सबसे आदर्श प्रकाश स्रोत है। यह फाइबर के एक सिरे से इनपुट होता है, लगभग बिना किसी हानि के, और दूसरे सिरे से आउटपुट होता है। इसलिए, ऑप्टिकल संचार अनिवार्य रूप से लेज़र संचार है, जिसमें बड़ी क्षमता, उच्च गुणवत्ता, सामग्री के व्यापक स्रोत, मजबूत गोपनीयता, स्थायित्व आदि जैसे लाभ हैं। वैज्ञानिकों द्वारा इसे संचार के क्षेत्र में एक क्रांति के रूप में सराहा गया है और यह तकनीकी क्रांति की सबसे शानदार उपलब्धियों में से एक है।