लेजर सिद्धांत और उसका अनुप्रयोग

लेज़र उत्तेजित विकिरण प्रवर्धन और आवश्यक प्रतिक्रिया के माध्यम से कोलिमेटेड, मोनोक्रोमैटिक, सुसंगत प्रकाश किरणें उत्पन्न करने की प्रक्रिया और उपकरण को संदर्भित करता है। मूल रूप से, लेजर पीढ़ी के लिए तीन तत्वों की आवश्यकता होती है: एक "गुंजयमान यंत्र," एक "लाभ माध्यम," और एक "पंपिंग स्रोत।"

ए. सिद्धांत

किसी परमाणु की गति अवस्था को विभिन्न ऊर्जा स्तरों में विभाजित किया जा सकता है, और जब परमाणु उच्च ऊर्जा स्तर से निम्न ऊर्जा स्तर में संक्रमण करता है, तो यह संबंधित ऊर्जा (तथाकथित सहज विकिरण) के फोटॉन छोड़ता है। इसी प्रकार, जब एक फोटॉन किसी ऊर्जा स्तर प्रणाली पर आपतित होता है और उसके द्वारा अवशोषित होता है, तो यह परमाणु को निम्न ऊर्जा स्तर से उच्च ऊर्जा स्तर (तथाकथित उत्तेजित अवशोषण) में संक्रमण का कारण बनेगा; फिर, कुछ परमाणु जो उच्च ऊर्जा स्तर पर संक्रमण करते हैं वे निम्न ऊर्जा स्तर पर संक्रमण करेंगे और फोटॉन (तथाकथित उत्तेजित विकिरण) उत्सर्जित करेंगे। ये गतिविधियाँ अकेले नहीं, बल्कि अक्सर समानांतर में घटित होती हैं। जब हम एक स्थिति बनाते हैं, जैसे कि उपयुक्त माध्यम, अनुनादक, पर्याप्त बाहरी विद्युत क्षेत्र का उपयोग करते हुए, उत्तेजित विकिरण को बढ़ाया जाता है ताकि उत्तेजित अवशोषण से अधिक हो, तो सामान्य तौर पर, फोटॉन उत्सर्जित होंगे, जिसके परिणामस्वरूप लेजर प्रकाश होगा।

बी वर्गीकरण

लेजर का उत्पादन करने वाले माध्यम के अनुसार, लेजर को तरल लेजर, गैस लेजर और ठोस लेजर में विभाजित किया जा सकता है। अब सबसे आम सेमीकंडक्टर लेजर एक प्रकार का सॉलिड-स्टेट लेजर है।

सी. रचना

अधिकांश लेजर तीन भागों से बने होते हैं: उत्तेजना प्रणाली, लेजर सामग्री और ऑप्टिकल रेज़ोनेटर। उत्तेजना प्रणालियाँ ऐसे उपकरण हैं जो प्रकाश, विद्युत या रासायनिक ऊर्जा उत्पन्न करते हैं। वर्तमान में प्रकाश, बिजली या रासायनिक प्रतिक्रिया ही मुख्य प्रोत्साहन साधन हैं। लेज़र पदार्थ ऐसे पदार्थ होते हैं जो लेज़र प्रकाश उत्पन्न कर सकते हैं, जैसे माणिक, बेरिलियम ग्लास, नियॉन गैस, अर्धचालक, कार्बनिक रंग इत्यादि। ऑप्टिकल अनुनाद नियंत्रण की भूमिका आउटपुट लेजर की चमक को बढ़ाना, तरंग दैर्ध्य और दिशा को समायोजित और चयन करना है लेजर का.

डी. आवेदन

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

ई. इतिहास

1958 में, अमेरिकी वैज्ञानिकों ज़ियाओलुओ और टाउन्स ने एक जादुई घटना की खोज की: जब उन्होंने आंतरिक प्रकाश बल्ब द्वारा उत्सर्जित प्रकाश को एक दुर्लभ पृथ्वी क्रिस्टल पर रखा, तो क्रिस्टल के अणु उज्ज्वल, हमेशा एक साथ मजबूत प्रकाश उत्सर्जित करेंगे। इस घटना के अनुसार, उन्होंने "लेजर सिद्धांत" का प्रस्ताव रखा, यानी, जब पदार्थ अपने अणुओं की प्राकृतिक दोलन आवृत्ति के समान ऊर्जा से उत्तेजित होता है, तो यह इस मजबूत प्रकाश का उत्पादन करेगा जो विचलित नहीं होता है - लेजर। इसके लिए उन्हें महत्वपूर्ण कागजात मिले.

साइकोलो और टाउन्स के शोध परिणामों के प्रकाशन के बाद, विभिन्न देशों के वैज्ञानिकों ने विभिन्न प्रयोगात्मक योजनाएँ प्रस्तावित कीं, लेकिन वे सफल नहीं रहीं। 15 मई, 1960 को कैलिफोर्निया में ह्यूजेस प्रयोगशाला के वैज्ञानिक मेमैन ने घोषणा की कि उन्होंने 0.6943 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य के साथ एक लेजर प्राप्त किया है, जो मनुष्यों द्वारा प्राप्त किया गया पहला लेजर था और इस प्रकार मेमैन दुनिया के पहले वैज्ञानिक बन गए। लेज़रों को व्यावहारिक क्षेत्र में शामिल करना।

7 जुलाई, 1960 को, मेमैन ने दुनिया के पहले लेजर के जन्म की घोषणा की, मेमैन 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 जब इसे जलाया जाता है, तो एक बहुत ही केंद्रित पतली लाल प्रकाश स्तंभ का उत्पादन होता है। एक निश्चित बिंदु पर, यह सूर्य की सतह से अधिक तापमान तक पहुँच सकता है।

सोवियत वैज्ञानिक एच.Γ बासोव ने 1960 में सेमीकंडक्टर लेजर का आविष्कार किया था। सेमीकंडक्टर लेजर की संरचना आमतौर पर पी परत, एन परत और सक्रिय परत से बनी होती है जो डबल हेटेरोजंक्शन बनाती है। इसकी विशेषताएं हैं: छोटे आकार, उच्च युग्मन दक्षता, तेज प्रतिक्रिया गति, तरंग दैर्ध्य और ऑप्टिकल फाइबर आकार के साथ फिट आकार, सीधे मॉड्यूलेट किया जा सकता है, अच्छा सुसंगतता।

छह, लेजर के कुछ मुख्य अनुप्रयोग दिशाएँ

एफ. लेजर संचार

सूचना प्रसारित करने के लिए प्रकाश का उपयोग करना आज बहुत आम है। उदाहरण के लिए, जहाज संचार करने के लिए रोशनी का उपयोग करते हैं, और ट्रैफ़िक लाइटें लाल, पीले और हरे रंग का उपयोग करती हैं। लेकिन साधारण प्रकाश का उपयोग करके सूचना प्रसारित करने के ये सभी तरीके केवल कम दूरी तक ही सीमित हो सकते हैं। यदि आप प्रकाश के माध्यम से सूचना को सीधे दूर स्थानों तक पहुंचाना चाहते हैं, तो आप साधारण प्रकाश का उपयोग नहीं कर सकते हैं, बल्कि केवल लेजर का उपयोग कर सकते हैं।

तो आप लेज़र कैसे वितरित करते हैं? हम जानते हैं कि बिजली को तांबे के तारों के साथ ले जाया जा सकता है, लेकिन प्रकाश को साधारण धातु के तारों के साथ नहीं ले जाया जा सकता है। इस प्रयोजन के लिए, वैज्ञानिकों ने एक फिलामेंट विकसित किया है जो प्रकाश संचारित कर सकता है, जिसे ऑप्टिकल फाइबर कहा जाता है, जिसे फाइबर कहा जाता है। ऑप्टिकल फाइबर विशेष ग्लास सामग्री से बना होता है, इसका व्यास मानव बाल से भी पतला होता है, आमतौर पर 50 से 150 माइक्रोन, और बहुत नरम होता है।

वास्तव में, फाइबर का आंतरिक कोर पारदर्शी ऑप्टिकल ग्लास का एक उच्च अपवर्तक सूचकांक है, और बाहरी कोटिंग कम अपवर्तक सूचकांक ग्लास या प्लास्टिक से बना है। ऐसी संरचना, एक ओर, आंतरिक कोर के साथ प्रकाश को अपवर्तित कर सकती है, जैसे पानी के पाइप में पानी आगे की ओर बहता है, तार में बिजली आगे की ओर संचारित होती है, भले ही हजारों मोड़ और घुमावों का कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। दूसरी ओर, कम-अपवर्तक सूचकांक कोटिंग प्रकाश को लीक होने से रोक सकती है, जैसे पानी के पाइप से रिसाव नहीं होता है और तार की इन्सुलेशन परत बिजली का संचालन नहीं करती है।

ऑप्टिकल फाइबर के आने से प्रकाश संचारित करने का तरीका सुलझ जाता है, लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि इसकी मदद से किसी भी प्रकाश को बहुत दूर तक प्रसारित किया जा सकता है। केवल उच्च चमक, शुद्ध रंग, अच्छा दिशात्मक लेजर, सूचना प्रसारित करने के लिए सबसे आदर्श प्रकाश स्रोत है, यह फाइबर के एक छोर से इनपुट होता है, लगभग कोई नुकसान नहीं होता है और दूसरे छोर से आउटपुट होता है। इसलिए, ऑप्टिकल संचार अनिवार्य रूप से लेजर संचार है, जिसमें बड़ी क्षमता, उच्च गुणवत्ता, सामग्री के व्यापक स्रोत, मजबूत गोपनीयता, स्थायित्व आदि के फायदे हैं, और वैज्ञानिकों द्वारा संचार के क्षेत्र में एक क्रांति के रूप में इसकी सराहना की जाती है, और यह एक है तकनीकी क्रांति में सबसे शानदार उपलब्धियों में से एक।