लेज़र सिद्धांत और उसका अनुप्रयोग

लेजर का तात्पर्य उत्तेजित विकिरण प्रवर्धन और आवश्यक प्रतिक्रिया के माध्यम से समरूप, एकवर्णी, सुसंगत प्रकाश किरणें उत्पन्न करने की प्रक्रिया और उपकरण से है। मूल रूप से, लेजर उत्पादन के लिए तीन तत्वों की आवश्यकता होती है: एक "प्रतिध्वनि", एक "लाभ माध्यम" और एक "पंपिंग स्रोत।"

ए. 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 पड़ता है 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 बनेगा; फिर, उच्च ऊर्जा स्तरों पर संक्रमण करने वाले कुछ परमाणु निम्न ऊर्जा स्तरों पर संक्रमण करेंगे और फोटॉन (तथाकथित उत्तेजित विकिरण) उत्सर्जित करेंगे। ये हलचलें अलगाव में नहीं होती हैं, बल्कि अक्सर समानांतर होती 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

बी. वर्गीकरण

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

सी. रचना

अधिकांश लेज़र तीन भागों से बने होते हैं: उत्तेजना प्रणाली, लेज़र सामग्री और ऑप्टिकल अनुनादक। उत्तेजना प्रणाली ऐसे उपकरण हैं जो प्रकाश, विद्युत या रासायनिक ऊर्जा उत्पन्न करते हैं। वर्तमान में, उपयोग किए जाने वाले मुख्य प्रोत्साहन साधन प्रकाश, बिजली या रासायनिक प्रतिक्रिया हैं। लेजर पदार्थ वे पदार्थ हैं जो लेजर प्रकाश उत्पन्न कर सकते हैं, जैसे माणिक, बेरिलियम ग्लास, नियॉन गैस, अर्धचालक, कार्बनिक रंग, आदि। ऑप्टिकल अनुनाद नियंत्रण की भूमिका आउटपुट लेजर की चमक को बढ़ाना, लेजर की तरंग दैर्ध्य और दिशा को समायोजित करना 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 ज़ियाओलू और टाउनेस 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 "लेज़र सिद्धांत" का प्रस्ताव दिया, अर्थात, 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। उन्होंने इसके लिए महत्वपूर्ण शोधपत्र खोजे।

साइकोलो और टाउनेस के शोध परिणामों के प्रकाशन के बाद, विभिन्न देशों के वैज्ञानिकों ने विभिन्न प्रयोगात्मक योजनाओं का प्रस्ताव रखा, लेकिन वे सफल नहीं हुए। 15 मई, 1960 को, कैलिफोर्निया में ह्यूजेस प्रयोगशाला के एक वैज्ञानिक मेमन ने घोषणा की कि उन्होंने 0.6943 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य वाला एक लेजर प्राप्त किया है, जो मनुष्यों द्वारा प्राप्त पहला लेजर था, और इस प्रकार मेमन दुनिया के पहले वैज्ञानिक बन गए जिन्होंने लेजर को व्यावहारिक क्षेत्र में पेश किया।

7 जुलाई 1960 को, मेमन ने दुनिया के पहले लेजर के जन्म की घोषणा की, मेमन की योजना एक उच्च तीव्रता वाले फ्लैश ट्यूब का उपयोग करके रूबी क्रिस्टल में क्रोमियम परमाणुओं को उत्तेजित 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 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: छोटा आकार, उच्च युग्मन दक्षता, तेज़ प्रतिक्रिया गति, तरंगदैर्ध्य और ऑप्टिकल फाइबर आकार के साथ आकार फिट, सीधे मॉड्यूलेट किया जा सकता है, अच्छा सामंजस्य।

छह, लेजर के कुछ मुख्य अनुप्रयोग दिशाएँ

एफ. लेजर संचार

सूचना प्रसारित करने के लिए प्रकाश का उपयोग करना आज बहुत आम बात है। उदाहरण के लिए, जहाज संचार के लिए रोशनी का उपयोग करते हैं, और ट्रैफ़िक लाइट लाल, पीले और हरे रंग का उपयोग करते 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 के 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 लेजर कैसे पहुंचाते हैं? हम जानते हैं कि बिजली तांबे के तारों के साथ ले जाई जा सकती है, लेकिन प्रकाश को साधारण धातु के तारों के साथ नहीं ले जाया जा सकता। इस उद्देश्य के लिए, वैज्ञानिकों ने एक ऐसा 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।

दरअसल, फाइबर का आंतरिक कोर पारदर्शी ऑप्टिकल ग्लास का उच्च अपवर्तनांक है, और बाहरी कोटिंग कम अपवर्तनांक वाले ग्लास या प्लास्टिक से बनी है। ऐसी संरचना, एक तरफ, आंतरिक कोर के साथ प्रकाश को अपवर्तित कर सकती है, जैसे पानी की पाइप में आगे की ओर बहता पानी, तार में आगे की ओर संचारित बिजली, भले ही हज़ारों मोड़ और घुमावों का कोई प्रभाव न हो। दूसरी ओर, कम अपवर्तनांक वाली कोटिंग प्रकाश को बाहर निकलने से रोक सकती है, जैसे पानी की पाइप रिसती नहीं है और तार की इन्सुलेशन परत बिजली का संचालन नहीं करती है।

ऑप्टिकल फाइबर के आने से प्रकाश संचारित करने का तरीका हल हो गया है, लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि इसके साथ, किसी भी प्रकाश को बहुत दूर तक संचारित किया जा सकता है। केवल उच्च चमक, शुद्ध रंग, अच्छी दिशात्मक लेजर, सूचना संचारित 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 का व्यापक स्रोत, मजबूत गोपनीयता, स्थायित्व आदि के फायदे हैं, और इसे वैज्ञानिकों द्वारा संचार के क्षेत्र में एक क्रांति के रूप में सराहा गया है, और यह तकनीकी क्रांति में सबसे शानदार उपलब्धियों में से एक है।