विषय
- लेज़र परिभाषा
- लेजर बीम कैसे बनाए जाते हैं
- जनसंख्या का ह्रास
- लेजर सिद्धांत
- लेज़रों के प्रकार को वर्गीकृत करना
- लेजर के घटक
- हीलियम-नियॉन लेजर
- आर्गन, क्रिप्टन और क्सीनन आयन लेजर
- कार्बन डाइऑक्साइड पराबैंगनीकिरण
- एक्सामर लेज़र
लेज़रों के माध्यम से प्रकाश की शक्ति का उपयोग करके, आप विभिन्न प्रयोजनों के लिए लेज़रों का उपयोग कर सकते हैं और अंतर्निहित भौतिकी और रसायन विज्ञान का अध्ययन करके उन्हें बेहतर ढंग से समझ सकते हैं जो उन्हें काम करता है।
आम तौर पर, एक लेजर एक लेजर सामग्री द्वारा उत्पादित होता है, यह ठोस, तरल या गैस हो सकता है, जो प्रकाश के रूप में विकिरण को बंद कर देता है। "विकिरण के उत्तेजित उत्सर्जन द्वारा प्रकाश प्रवर्धन" के लिए एक के रूप में, उत्तेजित उत्सर्जन की विधि से पता चलता है कि लेजर विद्युत चुम्बकीय विकिरण के अन्य स्रोतों से कैसे भिन्न होते हैं। यह जानने के बाद कि प्रकाश की ये आवृत्तियाँ कैसे निकलती हैं, आपको विभिन्न उपयोगों के लिए उनकी क्षमता को नुकसान पहुँचा सकती हैं।
लेज़र परिभाषा
लेजर को एक ऐसे उपकरण के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जो इलेक्ट्रॉनों को सक्रिय करके विद्युत चुम्बकीय विकिरण का उत्सर्जन करता है। इस लेजर परिभाषा का मतलब है कि रेडियो तरंगों से लेकर गामा किरणों तक, विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम पर विकिरण किसी भी प्रकार का रूप ले सकता है।
आम तौर पर लेज़रों का प्रकाश एक संकीर्ण पथ के साथ यात्रा करता है, लेकिन उत्सर्जित तरंगों की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ लेज़र भी संभव हैं। लेज़रों की इन धारणाओं के माध्यम से, आप उन्हें समुद्र की लहरों की तरह लहरों के रूप में सोच सकते हैं।
वैज्ञानिकों ने अपनी सुसंगतता के संदर्भ में लेजर का वर्णन किया है, एक विशेषता जो यह बताती है कि दो संकेतों के बीच चरण अंतर चरण में है और उनकी आवृत्ति और तरंग समान है। यदि आप चोटियों, घाटियों और गर्त वाली तरंगों के रूप में पराबैंगनीकिरण की कल्पना करते हैं, तो चरण का अंतर यह होगा कि एक लहर एक दूसरे के साथ काफी समांतर या दो तरंगों के अतिव्यापी से कितनी दूर होगी।
प्रकाश की आवृत्ति यह है कि एक सेकंड में दिए गए बिंदु से कितने तरंग शिखर गुजरते हैं, और तरंगदैर्घ्य गर्त से गर्त या शिखर से एकल तरंग की पूरी लंबाई है।
फोटॉनों, व्यक्तियों ऊर्जा के कण, एक लेजर के विद्युत चुम्बकीय विकिरण को बनाते हैं। इन मात्रा वाले पैकेटों का मतलब है कि एक लेजर की रोशनी में हमेशा एक ही फोटॉन की ऊर्जा के कई गुण होते हैं और यह इन "क्वांटम" पैकेटों में आता है। यह वह है जो विद्युत-चुंबकीय तरंगों को कण-जैसा बनाता है।
लेजर बीम कैसे बनाए जाते हैं
कई प्रकार के उपकरण लेज़रों का उत्सर्जन करते हैं, जैसे ऑप्टिकल कैविटीज़। ये चैंबर हैं जो प्रकाश को एक ऐसी सामग्री से दर्शाते हैं जो विद्युत चुम्बकीय विकिरण को अपने आप में वापस लाती है। वे आम तौर पर दो दर्पणों से बने होते हैं, सामग्री के प्रत्येक छोर पर एक जैसे कि, जब वे प्रकाश को प्रतिबिंबित करते हैं, तो प्रकाश के बीम मजबूत हो जाते हैं। ये प्रवर्धित संकेत लेजर गुहा के अंत में एक पारदर्शी लेंस के माध्यम से बाहर निकलते हैं।
जब ऊर्जा स्रोत की उपस्थिति में, जैसे कि एक बाहरी बैटरी जो करंट की आपूर्ति करती है, तो वह सामग्री जो विद्युत चुम्बकीय विकिरण का उत्सर्जन करती है, विभिन्न ऊर्जा अवस्थाओं में लेजर के प्रकाश का उत्सर्जन करती है। ये ऊर्जा स्तर, या क्वांटम स्तर, स्रोत सामग्री पर ही निर्भर करते हैं। सामग्री में इलेक्ट्रॉनों की उच्च ऊर्जा वाले राज्य अस्थिर होने की संभावना है, या उत्तेजित अवस्था में हैं, और लेजर इन प्रकाश के माध्यम से उत्सर्जन करेगा।
अन्य रोशनी के विपरीत, जैसे कि टॉर्च से प्रकाश, लेजर स्वयं के साथ आवधिक चरणों में प्रकाश को बंद कर देता है। इसका मतलब है कि लेज़र लाइन की प्रत्येक तरंग का शिखा और गर्त उन तरंगों के साथ ऊपर उठता है जो पहले और बाद में आती हैं, जिससे उनका प्रकाश सुव्यवस्थित होता है।
लेजर को इस तरह से डिजाइन किया जाता है कि वे विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम की विशिष्ट आवृत्तियों का प्रकाश देते हैं। कई मामलों में, यह प्रकाश संकीर्ण, असतत बीम का रूप ले लेता है, जो कि लेजर सटीक आवृत्तियों पर निकलते हैं, लेकिन कुछ लेजर प्रकाश की व्यापक, निरंतर सीमाओं को छोड़ देते हैं।
जनसंख्या का ह्रास
बाहरी ऊर्जा स्रोत द्वारा संचालित एक लेजर की एक विशेषता यह हो सकती है कि जनसंख्या का उलटा हो। यह उत्तेजित उत्सर्जन का एक रूप है, और यह तब होता है जब एक उत्तेजित अवस्था में कणों की संख्या एक निचले स्तर की ऊर्जा की स्थिति में लोगों को पछाड़ देती है।
जब लेजर आबादी को उलटता है, तो इस उत्तेजित उत्सर्जन की मात्रा जो प्रकाश पैदा कर सकती है, दर्पण से अवशोषण की मात्रा से अधिक होगी। यह एक ऑप्टिकल एम्पलीफायर बनाता है, और, यदि आप एक गुंजयमान ऑप्टिकल गुहा के अंदर रखते हैं, तो आपने एक लेजर थरथरानवाला बनाया है।
लेजर सिद्धांत
रोमांचक और उत्सर्जित करने वाले इलेक्ट्रॉनों के ये तरीके लेज़रों के ऊर्जा का स्रोत होने का आधार बनते हैं, एक लेज़र सिद्धांत जो कई उपयोगों में पाया जाता है। इलेक्ट्रॉनों के परिमाणित स्तर कम ऊर्जा वाले से लेकर उन तक हो सकते हैं, जिन्हें रिलीज़ होने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होती है और उच्च ऊर्जा वाले कण जो नाभिक के करीब और तंग रहते हैं। जब इलेक्ट्रॉन सही अभिविन्यास और ऊर्जा स्तर में परमाणुओं के आपस में टकराने के कारण मुक्त होते हैं, तो यह सहज उत्सर्जन है।
जब सहज उत्सर्जन होता है, तो परमाणु द्वारा उत्सर्जित फोटॉन का एक यादृच्छिक चरण और दिशा होती है। इसका कारण यह है कि अनिश्चितता सिद्धांत वैज्ञानिकों को एक कण की स्थिति और गति दोनों को सटीक सटीकता के साथ जानने से रोकता है। जितना अधिक आप एक कण स्थिति के बारे में जानते हैं, उतना ही कम आप इसकी गति के बारे में जानते हैं, और इसके विपरीत।
आप प्लैंक समीकरण का उपयोग करके इन उत्सर्जन की ऊर्जा की गणना कर सकते हैं ई = एचपीओ एक ऊर्जा के लिए इ जूल में, आवृत्ति ν के इलेक्ट्रॉन में-1 और प्लैंक स्थिर ज = 6.63 × 10-34 म2 kg / एस। एक परमाणु से उत्सर्जित होने पर एक फोटॉन की ऊर्जा को ऊर्जा में परिवर्तन के रूप में भी गिना जा सकता है। ऊर्जा में इस परिवर्तन के साथ जुड़े आवृत्ति को खोजने के लिए, गणना करें ν इस उत्सर्जन के ऊर्जा मूल्यों का उपयोग करना।
लेज़रों के प्रकार को वर्गीकृत करना
लेज़रों के लिए उपयोग की व्यापक श्रेणी को देखते हुए, लेज़रों को उद्देश्य, प्रकाश के प्रकार या यहां तक कि स्वयं लेज़रों की सामग्री के आधार पर वर्गीकृत किया जा सकता है। उन्हें वर्गीकृत करने के तरीके के साथ आने से लेज़रों के इन सभी आयामों के लिए खाते की आवश्यकता होती है। उन्हें समूहीकृत करने का एक तरीका प्रकाश की तरंग दैर्ध्य द्वारा है जिसका वे उपयोग करते हैं।
एक लेज़र विद्युत चुम्बकीय विकिरण की तरंग दैर्ध्य वे उपयोग की जाने वाली ऊर्जा की आवृत्ति और शक्ति निर्धारित करती है। अधिक से अधिक तरंग दैर्ध्य ऊर्जा की एक छोटी मात्रा और एक छोटी आवृत्ति के साथ संबंधित है। इसके विपरीत, प्रकाश की किरण की अधिक आवृत्ति का अर्थ है कि इसमें अधिक ऊर्जा है।
लेजर सामग्री की प्रकृति से आप लेज़रों को समूहित भी कर सकते हैं। ठोस राज्य पराबैंगनीकिरण परमाणु के एक ठोस मैट्रिक्स का उपयोग करते हैं जैसे कि क्रिस्टल येट्रियम एल्युमीनियम गार्नेट में प्रयुक्त होने वाला नियोडिमियम जो कि इन प्रकार के लेजर के लिए नियोडिमियम आयनों को रखता है। गैस लेज़र हीलियम और नियोन जैसी एक गैस में गैसों के मिश्रण का उपयोग करते हैं जो एक लाल रंग बनाते हैं। डाई लेज़र तरल समाधान या निलंबन में कार्बनिक डाई सामग्री द्वारा बनाए जाते हैं
डाई लेजर एक लेजर माध्यम का उपयोग करते हैं जो आमतौर पर तरल समाधान या निलंबन में एक जटिल कार्बनिक डाई होता है। सेमीकंडक्टर लेजर सेमीकंडक्टर सामग्री की दो परतों का उपयोग करते हैं जिन्हें बड़े सरणियों में बनाया जा सकता है। अर्धचालक वे सामग्रियां हैं जो एक इन्सुलेटर और एक कंडक्टर के बीच की ताकत का उपयोग करके बिजली का संचालन करते हैं जो कि प्रस्तुत रसायनों या तापमान में परिवर्तन के कारण छोटी मात्रा में अशुद्धियों, या रासायनिक का उपयोग करते हैं।
लेजर के घटक
अपने सभी विभिन्न उपयोगों के लिए, सभी लेजर ठोस, तरल या गैस के रूप में प्रकाश के स्रोत के इन दो घटकों का उपयोग करते हैं जो इलेक्ट्रॉनों को बंद कर देते हैं और इस स्रोत को उत्तेजित करने के लिए कुछ करते हैं। यह एक और लेजर या स्वयं लेजर सामग्री का सहज उत्सर्जन हो सकता है।
कुछ लेजर पंपिंग सिस्टम का उपयोग करते हैं, लेजर माध्यम में कणों की ऊर्जा बढ़ाने के तरीके जो उन्हें आबादी को उलट करने के लिए अपने उत्साहित राज्यों तक पहुंचने देते हैं। एक पंप फ्लैश लैंप का उपयोग ऑप्टिकल पंपिंग में किया जा सकता है जो ऊर्जा को लेजर सामग्री में ले जाता है। ऐसे मामलों में जहां लेजर सामग्री ऊर्जा सामग्री के भीतर परमाणुओं के टकराव पर निर्भर करती है, सिस्टम को टक्कर पंप के रूप में संदर्भित किया जाता है।
एक लेजर बीम के घटक भी भिन्न होते हैं कि वे ऊर्जा देने में कितना समय लेते हैं। निरंतर तरंग लेजर एक स्थिर औसत किरण शक्ति का उपयोग करते हैं। उच्च शक्ति प्रणालियों के साथ, आप आम तौर पर बिजली को समायोजित कर सकते हैं, लेकिन, हीलियम-नियॉन लेजर की तरह कम बिजली गैस लेज़रों के साथ गैस की सामग्री के आधार पर बिजली का स्तर तय किया जाता है।
हीलियम-नियॉन लेजर
हीलियम-नियॉन लेजर पहली निरंतर तरंग प्रणाली थी और लाल बत्ती को छोड़ने के लिए जानी जाती है। ऐतिहासिक रूप से, उन्होंने अपनी सामग्री को उत्तेजित करने के लिए रेडियो आवृत्ति संकेतों का उपयोग किया, लेकिन आजकल वे लेजर की ट्यूब में इलेक्ट्रोड के बीच एक छोटे से प्रत्यक्ष वर्तमान निर्वहन का उपयोग करते हैं।
जब हीलियम में इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित किया जाता है, तो वे नियॉन परमाणुओं के बीच आबादी को उलटा बनाने वाले टक्करों के माध्यम से नियॉन परमाणुओं को ऊर्जा देते हैं। हीलियम-नियोन लेजर भी उच्च आवृत्तियों पर स्थिर तरीके से कार्य कर सकता है। इसका उपयोग पाइपलाइनों को संरेखित करने, सर्वेक्षण करने और एक्स-रे में किया जाता है।
आर्गन, क्रिप्टन और क्सीनन आयन लेजर
तीन महान गैसों, आर्गन, क्रिप्टन और क्सीनन, ने लेजर अनुप्रयोगों में दर्जनों लेजर आवृत्तियों में उपयोग दिखाया है जो अवरक्त में पराबैंगनी फैलाते हैं। आप विशिष्ट आवृत्तियों और उत्सर्जन का उत्पादन करने के लिए इन तीन गैसों को एक दूसरे के साथ भी मिला सकते हैं। उनके आयनिक रूपों में ये गैसें अपने इलेक्ट्रॉनों को एक दूसरे के खिलाफ टकराकर उत्तेजित होने देती हैं, जब तक कि वे जनसंख्या का उलटा हासिल नहीं कर लेते।
इस प्रकार के लेज़रों के कई डिज़ाइन आपको वांछित आवृत्तियों को प्राप्त करने के लिए गुहा के लिए एक निश्चित तरंग दैर्ध्य का चयन करने देंगे। गुहा के भीतर दर्पण की जोड़ी को जोड़ते हुए आप प्रकाश की विलक्षण आवृत्तियों को अलग कर सकते हैं। तीन गैसों, आर्गन, क्रिप्टन और क्सीनन, आपको प्रकाश आवृत्तियों के कई संयोजनों में से चुनने की अनुमति देते हैं।
ये लेज़र ऐसे आउटपुट उत्पन्न करते हैं जो अत्यधिक स्थिर होते हैं और न ही बहुत अधिक गर्मी उत्पन्न करते हैं। ये लेजर समान रासायनिक और भौतिक सिद्धांतों को दर्शाते हैं जो प्रकाशस्तंभों के साथ-साथ चमकीले, बिजली के लैंप जैसे स्ट्रोबोस्कोप में उपयोग किए जाते हैं।
कार्बन डाइऑक्साइड पराबैंगनीकिरण
कार्बन डाइऑक्साइड लेजर निरंतर तरंग लेज़रों के सबसे कुशल और प्रभावी हैं। वे एक प्लाज्मा ट्यूब में विद्युत प्रवाह का उपयोग करके कार्य करते हैं जिसमें कार्बन डाइऑक्साइड गैस होती है। इलेक्ट्रॉन टकराव इन गैस अणुओं को उत्तेजित करते हैं जो तब ऊर्जा को बंद कर देते हैं। आप विभिन्न लेजर आवृत्तियों का उत्पादन करने के लिए नाइट्रोजन, हीलियम, क्सीनन, कार्बन डाइऑक्साइड और पानी भी जोड़ सकते हैं।
जब विभिन्न प्रकारों में उपयोग किए जा सकने वाले लेज़र के प्रकारों को देखते हुए, आप यह निर्धारित कर सकते हैं कि कौन-सी बड़ी मात्रा में बिजली बना सकते हैं क्योंकि उनके पास उच्च दक्षता दर है जैसे कि वे ऊर्जा का एक महत्वपूर्ण अनुपात का उपयोग करते हैं जो उन्हें बहुत कुछ दिए बिना देता है। बर्बाद होना। जबकि हीलियम-नियॉन लेज़रों की दक्षता दर 1% से कम है, कार्बन डाइऑक्साइड लेज़रों की दर हीलियम-नियॉन लेज़रों की तुलना में लगभग 30 प्रतिशत, 300 गुना अधिक है। इसके बावजूद, कार्बन डाइऑक्साइड लेजर को अपने उपयुक्त आवृत्तियों को प्रतिबिंबित करने या प्रसारित करने के लिए हीलियम-नियोन लेजर के विपरीत विशेष कोटिंग की आवश्यकता होती है।
एक्सामर लेज़र
एक्सामर लेजर पराबैंगनी (यूवी) प्रकाश का उपयोग करते हैं, जब 1975 में पहली बार आविष्कार किया गया था, जिसने माइक्रोसर्जरी और औद्योगिक माइक्रोलिथोग्राफी में परिशुद्धता के लिए लेजर का एक केंद्रित बीम बनाने का प्रयास किया था। उनका नाम "उत्तेजित डिमर" शब्द से आया है जिसमें एक डिमर गैस संयोजनों का उत्पाद है जो एक ऊर्जा स्तर कॉन्फ़िगरेशन के साथ विद्युत रूप से उत्साहित हैं जो विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के यूवी रेंज में प्रकाश की विशिष्ट आवृत्तियों का निर्माण करता है।
ये लेज़र प्रतिक्रियाशील गैसों जैसे क्लोरीन और फ्लोरीन के साथ-साथ महान गैसों आर्गन, क्रिप्टन और क्सीनन की मात्रा का उपयोग करते हैं। चिकित्सक और शोधकर्ता अभी भी सर्जिकल अनुप्रयोगों में उनके उपयोग की खोज कर रहे हैं, यह देखते हुए कि वे कितने शक्तिशाली और प्रभावी हैं, जिनका उपयोग नेत्र शल्य चिकित्सा के लिए किया जा सकता है। उत्तेजक लेजर कॉर्निया में गर्मी पैदा नहीं करते हैं, लेकिन उनकी ऊर्जा आंख को अनावश्यक नुकसान पहुंचाए बिना "फोटोबेलिटिव डीकंपोजिशन" नामक प्रक्रिया में कॉर्नियल टिशू में इंटरमॉलिक्युलर बॉन्ड को तोड़ सकती है।