लेजर के सिद्धांत और प्रकार

सिद्धांत और प्रकारलेज़र
लेजर क्या है?
लेजर (विकिरण के उत्तेजित उत्सर्जन द्वारा प्रकाश प्रवर्धन); बेहतर जानकारी के लिए, नीचे दी गई छवि देखें:

उच्च ऊर्जा स्तर पर स्थित एक परमाणु स्वतः ही निम्न ऊर्जा स्तर पर स्थानांतरित हो जाता है और एक फोटॉन उत्सर्जित करता है, इस प्रक्रिया को स्वतः विकिरण कहा जाता है।
इसे इस प्रकार समझा जा सकता है: जमीन पर पड़ी गेंद अपनी सबसे उपयुक्त स्थिति में होती है। जब किसी बाहरी बल द्वारा गेंद को हवा में धकेला जाता है (जिसे पंपिंग कहते हैं), तो बाहरी बल के हटते ही गेंद ऊँचाई से नीचे गिरती है और एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा उत्सर्जित करती है। यदि गेंद एक विशिष्ट परमाणु है, तो वह परमाणु इस परिवर्तन के दौरान एक विशिष्ट तरंगदैर्ध्य का फोटॉन उत्सर्जित करता है।

लेज़रों का वर्गीकरण
लोगों ने लेजर उत्पादन के सिद्धांत में महारत हासिल कर ली है और लेजर के विभिन्न रूपों का विकास शुरू कर दिया है। यदि लेजर के कार्यशील पदार्थ के अनुसार वर्गीकृत किया जाए, तो इसे गैस लेजर, ठोस लेजर, अर्धचालक लेजर आदि में विभाजित किया जा सकता है।
1. गैस लेजर का वर्गीकरण: परमाणु, अणु, आयन;
गैस लेजर का कार्यशील पदार्थ गैस या धातु वाष्प होता है, जिसकी विशेषता लेजर आउटपुट की व्यापक तरंगदैर्ध्य सीमा है। सबसे आम CO2 लेजर है, जिसमें CO2 का उपयोग कार्यशील पदार्थ के रूप में विद्युत निर्वहन द्वारा 10.6um की अवरक्त लेजर उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।
गैस लेजर का कार्यशील पदार्थ गैस होने के कारण, लेजर की समग्र संरचना बहुत बड़ी होती है और इसकी आउटपुट तरंगदैर्ध्य बहुत लंबी होती है, जिससे पदार्थ प्रसंस्करण का प्रदर्शन अच्छा नहीं होता। इसलिए, गैस लेजर जल्द ही बाजार से गायब हो गए और इनका उपयोग केवल कुछ विशिष्ट क्षेत्रों में ही किया जाने लगा, जैसे कि कुछ प्लास्टिक भागों पर लेजर मार्किंग।
2, ठोस लेजरवर्गीकरण: रूबी, एनडी:वाईएजी, आदि;
सॉलिड स्टेट लेजर की कार्यशील सामग्री रूबी, नियोडिमियम ग्लास, यट्रियम एल्यूमीनियम गार्नेट (वाईएजी), आदि है, जिसमें सामग्री के क्रिस्टल या ग्लास में समान रूप से शामिल आयनों की एक छोटी मात्रा को सक्रिय आयन कहा जाता है।
सॉलिड-स्टेट लेज़र में एक कार्यकारी पदार्थ, एक पंपिंग सिस्टम, एक रेज़ोनेटर और एक कूलिंग और फ़िल्टरिंग सिस्टम होता है। नीचे दिए गए चित्र के मध्य में स्थित काला वर्ग लेज़र क्रिस्टल है, जो हल्के रंग के पारदर्शी कांच जैसा दिखता है और दुर्लभ पृथ्वी धातुओं से युक्त एक पारदर्शी क्रिस्टल से बना होता है। दुर्लभ पृथ्वी धातु परमाणु की विशेष संरचना के कारण, प्रकाश स्रोत से प्रकाशित होने पर कणों की संख्या में व्युत्क्रमण होता है (सरल शब्दों में, ज़मीन पर पड़ी कई गेंदों को हवा में धकेलने की तरह समझें), और कणों के संक्रमण से फोटॉन उत्सर्जित होते हैं। जब फोटॉनों की संख्या पर्याप्त हो जाती है, तो लेज़र का निर्माण होता है। उत्सर्जित लेज़र को एक ही दिशा में आउटपुट करने के लिए, पूर्ण दर्पण (बायां लेंस) और अर्ध-परावर्तक आउटपुट दर्पण (दायां लेंस) लगे होते हैं। लेज़र आउटपुट होने पर, एक निश्चित ऑप्टिकल डिज़ाइन के माध्यम से लेज़र ऊर्जा का निर्माण होता है।

3, सेमीकंडक्टर लेजर
सेमीकंडक्टर लेज़रों को सरल शब्दों में एक फोटोडायोड के रूप में समझा जा सकता है। डायोड में एक PN जंक्शन होता है, और जब इसमें एक निश्चित धारा प्रवाहित की जाती है, तो सेमीकंडक्टर में इलेक्ट्रॉनिक परिवर्तन होता है जिससे फोटॉन निकलते हैं और लेज़र उत्पन्न होता है। जब सेमीकंडक्टर द्वारा उत्सर्जित लेज़र ऊर्जा कम होती है, तो कम शक्ति वाले सेमीकंडक्टर उपकरण को पंप स्रोत (उत्तेजना स्रोत) के रूप में उपयोग किया जा सकता है।फाइबर लेजरइस प्रकार फाइबर लेजर का निर्माण होता है। यदि सेमीकंडक्टर लेजर की शक्ति को इतना बढ़ा दिया जाए कि इसे सीधे पदार्थों को संसाधित करने के लिए उपयोग किया जा सके, तो यह डायरेक्ट सेमीकंडक्टर लेजर बन जाता है। वर्तमान में, बाजार में उपलब्ध डायरेक्ट सेमीकंडक्टर लेजर 10,000 वाट तक की शक्ति प्राप्त कर चुके हैं।

ऊपर वर्णित कई लेज़रों के अलावा, लोगों ने तरल लेज़रों का भी आविष्कार किया है, जिन्हें ईंधन लेज़र भी कहा जाता है। तरल लेज़र ठोस लेज़रों की तुलना में आयतन और कार्यशील पदार्थ के मामले में अधिक जटिल होते हैं और इनका उपयोग बहुत कम होता है।