लेजरों का उत्पादन

लेजरों का उत्पादन
लेजर के निर्माण का प्रस्ताव आइंस्टीन ने 1916 में अपने "स्वतःस्फूर्त और प्रेरित उत्सर्जन" के सिद्धांत के साथ रखा था। यह सिद्धांत आधुनिक लेजर प्रणालियों का भौतिक आधार बनता है। फोटॉन और परमाणुओं के बीच परस्पर क्रिया से तीन संक्रमण प्रक्रियाएं हो सकती हैं: प्रेरित अवशोषण, स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन और प्रेरित उत्सर्जन। जब तक प्रेरित उत्सर्जन निरंतर और स्थिर बना रहता है, लेजर प्राप्त किए जा सकते हैं। इसलिए, विशेष उपकरण - लेजर - का निर्माण आवश्यक है। एक लेजर की संरचना आम तौर पर तीन मुख्य भागों से बनी होती है: कार्यकारी पदार्थ, उत्तेजना उपकरण और प्रकाशीय अनुनादक।

1. क्रियाशील पदार्थ

लेजर में लेजर प्रकाश उत्पन्न करने वाले पदार्थ को क्रियाशील पदार्थ कहते हैं। सामान्य परिस्थितियों में, प्रत्येक ऊर्जा स्तर पर पदार्थ में परमाणु संख्याओं का वितरण सामान्य वितरण होता है। निम्न ऊर्जा स्तर पर परमाणुओं की संख्या हमेशा उच्च ऊर्जा स्तर की तुलना में अधिक होती है। इसलिए, जब प्रकाश सामान्य अवस्था में प्रकाशमान पदार्थ से गुजरता है, तो अवशोषण प्रक्रिया प्रबल होती है और प्रकाश हमेशा कमजोर हो जाता है। प्रकाशमान पदार्थ से गुजरने के बाद प्रकाश को मजबूत बनाने और प्रकाश प्रवर्धन प्राप्त करने के लिए, प्रेरित उत्सर्जन को प्रबल बनाना आवश्यक है। उच्च ऊर्जा स्तर पर परमाणुओं की संख्या को निम्न ऊर्जा स्तर की तुलना में अधिक करने के लिए, यह वितरण सामान्य वितरण के विपरीत होता है और इसे कण संख्या व्युत्क्रमण कहा जाता है।
2. उत्तेजना उपकरण
उत्तेजना उपकरण का कार्य निम्न ऊर्जा स्तर के परमाणुओं को उच्च ऊर्जा स्तर पर उत्तेजित करना है, जिससे क्रियाशील पदार्थ में कण संख्या व्युत्क्रमण हो सके। पदार्थ के ऊर्जा स्तरों में ग्राउंड स्टेट और उत्तेजित स्टेट के साथ-साथ मेटास्टेबल स्टेट भी शामिल हैं। मेटास्टेबल स्टेट ग्राउंड स्टेट से कम स्थिर होती है, लेकिन उत्तेजित स्टेट से कहीं अधिक स्थिर होती है। तुलनात्मक रूप से, परमाणु मेटास्टेबल स्टेट में अधिक समय तक रह सकते हैं। उदाहरण के लिए, रूबी में क्रोमियम आयनों (Cr3+) की मेटास्टेबल स्टेट का जीवनकाल लगभग 10-3 सेकंड होता है। क्रियाशील पदार्थ के उत्तेजित होने और कण संख्या व्युत्क्रमण प्राप्त करने के बाद, प्रारंभ में, स्वतःस्फूर्त विकिरण द्वारा उत्सर्जित फोटॉनों की विभिन्न प्रसार दिशाओं के कारण, उत्तेजित विकिरण फोटॉनों की प्रसार दिशाएँ भी भिन्न होती हैं, जिससे आउटपुट और अवशोषण में काफी हानि होती है; स्थिर लेजर आउटपुट उत्पन्न नहीं किया जा सकता है। क्रियाशील पदार्थ के सीमित आयतन में उत्तेजित विकिरण को निरंतर बनाए रखने के लिए, प्रकाश के चयन और प्रवर्धन के लिए एक ऑप्टिकल रेज़ोनेटर की आवश्यकता होती है।
3. ऑप्टिकल रेज़ोनेटर
यह मुख्य अक्ष के लंबवत, कार्यशील पदार्थ के दोनों सिरों पर स्थापित परस्पर समानांतर परावर्तक दर्पणों का एक युग्म है। एक सिरा पूर्णतः परावर्तित दर्पण (100% परावर्तन दर वाला) है, और दूसरा सिरा आंशिक रूप से पारदर्शी और आंशिक रूप से परावर्तित दर्पण (90% से 99% परावर्तन दर वाला) है।
रेजोनेटर के कार्य हैं: ① प्रकाशीय प्रवर्धन उत्पन्न करना और बनाए रखना; ② उत्सर्जित प्रकाश की दिशा का चयन करना; ③ उत्सर्जित प्रकाश की तरंगदैर्ध्य का चयन करना। किसी विशिष्ट क्रियाशील पदार्थ के लिए, विभिन्न कारकों के कारण, उत्सर्जित प्रकाश की वास्तविक तरंगदैर्ध्य एक समान नहीं होती है, और स्पेक्ट्रम की एक निश्चित चौड़ाई होती है। रेजोनेटर आवृत्ति चयन की भूमिका निभा सकता है, जिससे लेजर की एकरंगता बेहतर होती है।