લેસર સિદ્ધાંત અને તેની એપ્લિકેશન

લેસર એ ઉત્તેજિત રેડિયેશન એમ્પ્લીફિકેશન અને જરૂરી પ્રતિસાદ દ્વારા કોલિમેટેડ, મોનોક્રોમેટિક, સુસંગત પ્રકાશ બીમ પેદા કરવાની પ્રક્રિયા અને સાધનનો સંદર્ભ આપે છે. મૂળભૂત રીતે, લેસર જનરેશન માટે ત્રણ ઘટકોની જરૂર પડે છે: "રેઝોનેટર", "ગેઈન મીડિયમ" અને "પમ્પિંગ સ્ત્રોત."

A. સિદ્ધાંત

અણુની ગતિની સ્થિતિને વિવિધ ઉર્જા સ્તરોમાં વિભાજિત કરી શકાય છે, અને જ્યારે અણુ ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તરથી નીચા ઉર્જા સ્તર પર સંક્રમણ કરે છે, ત્યારે તે અનુરૂપ ઉર્જા (કહેવાતા સ્વયંસ્ફુરિત રેડિયેશન) ના ફોટોન છોડે છે. એ જ રીતે, જ્યારે ફોટોન ઊર્જા સ્તરની સિસ્ટમ પર ઘટના બને છે અને તેના દ્વારા શોષાય છે, ત્યારે તે અણુને નીચા ઉર્જા સ્તરથી ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તર (કહેવાતા ઉત્તેજિત શોષણ) તરફ સંક્રમણનું કારણ બનશે; તે પછી, કેટલાક અણુઓ કે જે ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તરો પર સંક્રમણ કરે છે તે નીચલા ઉર્જા સ્તરો પર સંક્રમણ કરશે અને ફોટોન (કહેવાતા ઉત્તેજિત રેડિયેશન) ઉત્સર્જન કરશે. આ હિલચાલ એકલતામાં થતી નથી, પરંતુ ઘણી વખત સમાંતરમાં. જ્યારે આપણે એવી સ્થિતિ બનાવીએ છીએ, જેમ કે યોગ્ય માધ્યમ, રેઝોનેટર, પર્યાપ્ત બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્રનો ઉપયોગ કરીને, ઉત્તેજિત કિરણોત્સર્ગને એમ્પ્લીફાય કરવામાં આવે છે જેથી ઉત્તેજિત શોષણ કરતાં વધુ હોય, તો સામાન્ય રીતે, ત્યાં ફોટોન ઉત્સર્જિત થાય છે, જેના પરિણામે લેસર પ્રકાશ થાય છે.

B. વર્ગીકરણ

લેસરનું ઉત્પાદન કરતા માધ્યમ મુજબ, લેસરને પ્રવાહી લેસર, ગેસ લેસર અને ઘન લેસરમાં વિભાજિત કરી શકાય છે. હવે સૌથી સામાન્ય સેમિકન્ડક્ટર લેસર એક પ્રકારનું સોલિડ-સ્ટેટ લેસર છે.

C. રચના

મોટાભાગના લેસરો ત્રણ ભાગોથી બનેલા હોય છે: ઉત્તેજના પ્રણાલી, લેસર સામગ્રી અને ઓપ્ટિકલ રેઝોનેટર. ઉત્તેજના પ્રણાલી એ એવા ઉપકરણો છે જે પ્રકાશ, વિદ્યુત અથવા રાસાયણિક ઊર્જા ઉત્પન્ન કરે છે. હાલમાં, મુખ્ય પ્રોત્સાહન માધ્યમોનો ઉપયોગ પ્રકાશ, વીજળી અથવા રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા છે. લેસર પદાર્થો એવા પદાર્થો છે જે લેસર પ્રકાશ ઉત્પન્ન કરી શકે છે, જેમ કે રુબીઝ, બેરિલિયમ ગ્લાસ, નિયોન ગેસ, સેમિકન્ડક્ટર, કાર્બનિક રંગો વગેરે. ઓપ્ટિકલ રેઝોનન્સ કંટ્રોલની ભૂમિકા આઉટપુટ લેસરની તેજને વધારવા, તરંગલંબાઇ અને દિશાને સમાયોજિત કરવા અને પસંદ કરવાની છે. લેસર ના.

D. અરજી

લેસરનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે, મુખ્યત્વે ફાઇબર કમ્યુનિકેશન, લેસર રેન્જિંગ, લેસર કટીંગ, લેસર હથિયારો, લેસર ડિસ્ક અને તેથી વધુ.

ઇ. ઇતિહાસ

1958 માં, અમેરિકન વૈજ્ઞાનિકો ઝિયાઓલુઓ અને ટાઉન્સે એક જાદુઈ ઘટના શોધી કાઢી હતી: જ્યારે તેઓ આંતરિક લાઇટ બલ્બ દ્વારા ઉત્સર્જિત પ્રકાશને દુર્લભ પૃથ્વીના સ્ફટિક પર મૂકે છે, ત્યારે સ્ફટિકના પરમાણુઓ તેજસ્વી, હંમેશા એકસાથે મજબૂત પ્રકાશ ફેંકશે. આ ઘટના અનુસાર, તેઓએ "લેસર સિદ્ધાંત" પ્રસ્તાવિત કર્યો, એટલે કે, જ્યારે પદાર્થ તેના પરમાણુઓની કુદરતી ઓસિલેશન આવર્તન જેટલી જ ઉર્જાથી ઉત્તેજિત થાય છે, ત્યારે તે આ મજબૂત પ્રકાશ ઉત્પન્ન કરશે જે વિચલિત થતો નથી - લેસર. તેઓને આ માટેના મહત્વના કાગળો મળ્યા હતા.

સ્કિઓલો અને ટાઉન્સના સંશોધન પરિણામોના પ્રકાશન પછી, વિવિધ દેશોના વૈજ્ઞાનિકોએ વિવિધ પ્રાયોગિક યોજનાઓની દરખાસ્ત કરી, પરંતુ તે સફળ થઈ ન હતી. 15 મે, 1960 ના રોજ, કેલિફોર્નિયામાં હ્યુજીસ લેબોરેટરીના વૈજ્ઞાનિક મેમેનએ જાહેરાત કરી કે તેણે 0.6943 માઇક્રોનની તરંગલંબાઇ સાથેનું લેસર મેળવ્યું છે, જે મનુષ્ય દ્વારા મેળવેલ પ્રથમ લેસર હતું અને આ રીતે મેમેન વિશ્વના પ્રથમ વૈજ્ઞાનિક બન્યા. લેસરોને પ્રાયોગિક ક્ષેત્રમાં દાખલ કરવા.

7 જુલાઈ, 1960 ના રોજ, મેમેને વિશ્વના પ્રથમ લેસરના જન્મની જાહેરાત કરી, મેમેનની યોજના રુબી સ્ફટિકમાં ક્રોમિયમ અણુઓને ઉત્તેજીત કરવા માટે ઉચ્ચ-તીવ્રતાની ફ્લેશ ટ્યુબનો ઉપયોગ કરવાની છે, આમ અત્યંત સંકેન્દ્રિત પાતળો લાલ પ્રકાશ સ્તંભ ઉત્પન્ન થાય છે, જ્યારે તે ફાયર થાય છે. ચોક્કસ બિંદુએ, તે સૂર્યની સપાટી કરતા ઊંચા તાપમાને પહોંચી શકે છે.

સોવિયેત વૈજ્ઞાનિક H.Γ બાસોવે 1960માં સેમિકન્ડક્ટર લેસરની શોધ કરી હતી. સેમિકન્ડક્ટર લેસરનું માળખું સામાન્ય રીતે પી લેયર, એન લેયર અને એક્ટિવ લેયરથી બનેલું હોય છે જે ડબલ હેટરોજંકશન બનાવે છે. તેની લાક્ષણિકતાઓ છે: નાનું કદ, ઉચ્ચ જોડાણ કાર્યક્ષમતા, ઝડપી પ્રતિભાવ ગતિ, તરંગલંબાઇ અને કદ ઓપ્ટિકલ ફાઇબરના કદ સાથે ફિટ, સીધા મોડ્યુલેટ કરી શકાય છે, સારી સુસંગતતા.

છ, લેસરની કેટલીક મુખ્ય એપ્લિકેશન દિશાઓ

F. લેસર સંચાર

માહિતી પ્રસારિત કરવા માટે પ્રકાશનો ઉપયોગ આજે ખૂબ સામાન્ય છે. ઉદાહરણ તરીકે, જહાજો વાતચીત કરવા માટે લાઇટનો ઉપયોગ કરે છે, અને ટ્રાફિક લાઇટ્સ લાલ, પીળી અને લીલા રંગનો ઉપયોગ કરે છે. પરંતુ સામાન્ય પ્રકાશનો ઉપયોગ કરીને માહિતી પ્રસારિત કરવાની આ બધી રીતો માત્ર ટૂંકા અંતર સુધી મર્યાદિત હોઈ શકે છે. જો તમે પ્રકાશ દ્વારા દૂરના સ્થળોએ સીધી માહિતી પ્રસારિત કરવા માંગતા હો, તો તમે સામાન્ય પ્રકાશનો ઉપયોગ કરી શકતા નથી, પરંતુ માત્ર લેસરોનો ઉપયોગ કરી શકો છો.

તો તમે લેસર કેવી રીતે પહોંચાડશો? આપણે જાણીએ છીએ કે વીજળીને તાંબાના વાયર સાથે લઈ જઈ શકાય છે, પરંતુ સામાન્ય ધાતુના વાયર સાથે પ્રકાશ લઈ જઈ શકાતો નથી. આ માટે, વૈજ્ઞાનિકોએ એક ફિલામેન્ટ વિકસાવ્યું છે જે પ્રકાશને પ્રસારિત કરી શકે છે, જેને ઓપ્ટિકલ ફાઈબર કહેવાય છે, જેને ફાઈબર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ઓપ્ટિકલ ફાઈબર ખાસ કાચની સામગ્રીથી બનેલું હોય છે, તેનો વ્યાસ માનવ વાળ કરતાં પાતળો હોય છે, સામાન્ય રીતે 50 થી 150 માઇક્રોન હોય છે અને ખૂબ જ નરમ હોય છે.

વાસ્તવમાં, ફાઇબરનો આંતરિક ભાગ પારદર્શક ઓપ્ટિકલ ગ્લાસનો ઉચ્ચ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ છે, અને બાહ્ય આવરણ નીચા રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ ગ્લાસ અથવા પ્લાસ્ટિકથી બનેલું છે. આવી રચના, એક તરફ, પાણીની પાઈપમાં પાણી આગળ વહી જાય છે, વીજળીના વાયરમાં આગળ પ્રસારિત થાય છે, તેમ છતાં, હજારો વળાંકો અને વળાંકોની કોઈ અસર ન હોય તો પણ, આંતરિક કોર સાથે પ્રકાશને વક્રીકૃત કરી શકે છે. બીજી બાજુ, લો-રિફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ કોટિંગ પ્રકાશને બહાર નીકળતા અટકાવી શકે છે, જેમ કે પાણીની પાઇપ સીપ થતી નથી અને વાયરનું ઇન્સ્યુલેશન લેયર વીજળીનું સંચાલન કરતું નથી.

ઓપ્ટિકલ ફાઇબરનો દેખાવ પ્રકાશના પ્રસારણની રીતને હલ કરે છે, પરંતુ તેનો અર્થ એ નથી કે તેની સાથે, કોઈપણ પ્રકાશને ખૂબ દૂર સુધી પ્રસારિત કરી શકાય છે. માત્ર ઉચ્ચ તેજ, ​​શુદ્ધ રંગ, સારું દિશાસૂચક લેસર, માહિતી પ્રસારિત કરવા માટે સૌથી આદર્શ પ્રકાશ સ્ત્રોત છે, તે ફાઈબરના એક છેડેથી ઇનપુટ છે, લગભગ કોઈ નુકશાન નથી અને બીજા છેડેથી આઉટપુટ છે. તેથી, ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન એ આવશ્યકપણે લેસર કમ્યુનિકેશન છે, જેમાં મોટી ક્ષમતા, ઉચ્ચ ગુણવત્તા, સામગ્રીના વિશાળ સ્ત્રોત, મજબૂત ગોપનીયતા, ટકાઉપણું વગેરેના ફાયદા છે, અને તેને વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા સંચાર ક્ષેત્રે એક ક્રાંતિ તરીકે બિરદાવવામાં આવે છે, અને તે એક છે. તકનીકી ક્રાંતિમાં સૌથી તેજસ્વી સિદ્ધિઓ.