લેસર સિદ્ધાંત અને તેનો ઉપયોગ

લેસર એ ઉત્તેજિત કિરણોત્સર્ગ પ્રવર્ધન અને જરૂરી પ્રતિસાદ દ્વારા કોલિમેટેડ, મોનોક્રોમેટિક, સુસંગત પ્રકાશ બીમ ઉત્પન્ન કરવાની પ્રક્રિયા અને સાધનનો સંદર્ભ આપે છે. મૂળભૂત રીતે, લેસર જનરેશન માટે ત્રણ તત્વોની જરૂર પડે છે: એક "રેઝોનેટર", એક "ગેઇન માધ્યમ" અને "પમ્પિંગ સ્ત્રોત".

A. સિદ્ધાંત

અણુની ગતિ સ્થિતિને વિવિધ ઉર્જા સ્તરોમાં વિભાજિત કરી શકાય છે, અને જ્યારે અણુ ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તરથી નીચા ઉર્જા સ્તરમાં સંક્રમણ કરે છે, ત્યારે તે અનુરૂપ ઉર્જા (કહેવાતા સ્વયંભૂ કિરણોત્સર્ગ) ના ફોટોન મુક્ત કરે છે. તેવી જ રીતે, જ્યારે ફોટોન ઉર્જા સ્તર સિસ્ટમ પર આપાત થાય છે અને તેના દ્વારા શોષાય છે, ત્યારે તે અણુને નીચા ઉર્જા સ્તરથી ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તર (કહેવાતા ઉત્તેજિત શોષણ) માં સંક્રમણ કરાવશે; પછી, ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તરમાં સંક્રમણ કરતા કેટલાક અણુઓ નીચા ઉર્જા સ્તરમાં સંક્રમણ કરશે અને ફોટોન (કહેવાતા ઉત્તેજિત કિરણોત્સર્ગ) ઉત્સર્જન કરશે. આ ગતિવિધિઓ એકલતામાં થતી નથી, પરંતુ ઘણીવાર સમાંતર રીતે થાય છે. જ્યારે આપણે યોગ્ય માધ્યમ, રેઝોનેટર, પૂરતા બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્રનો ઉપયોગ કરવા જેવી સ્થિતિ બનાવીએ છીએ, ત્યારે ઉત્તેજિત કિરણોત્સર્ગને વિસ્તૃત કરવામાં આવે છે જેથી ઉત્તેજિત શોષણ કરતાં વધુ, પછી સામાન્ય રીતે, ત્યાં ફોટોન ઉત્સર્જિત થાય છે, જેના પરિણામે લેસર પ્રકાશ થાય છે.

B. વર્ગીકરણ

લેસર ઉત્પન્ન કરતા માધ્યમ અનુસાર, લેસરને પ્રવાહી લેસર, ગેસ લેસર અને ઘન લેસરમાં વિભાજિત કરી શકાય છે. હવે સૌથી સામાન્ય સેમિકન્ડક્ટર લેસર એક પ્રકારનું ઘન-અવસ્થા લેસર છે.

સી. રચના

મોટાભાગના લેસરો ત્રણ ભાગોથી બનેલા હોય છે: ઉત્તેજના પ્રણાલી, લેસર સામગ્રી અને ઓપ્ટિકલ રેઝોનેટર. ઉત્તેજના પ્રણાલીઓ એવા ઉપકરણો છે જે પ્રકાશ, વિદ્યુત અથવા રાસાયણિક ઉર્જા ઉત્પન્ન કરે છે. હાલમાં, ઉપયોગમાં લેવાતા મુખ્ય પ્રોત્સાહન માધ્યમો પ્રકાશ, વીજળી અથવા રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા છે. લેસર પદાર્થો એવા પદાર્થો છે જે લેસર પ્રકાશ ઉત્પન્ન કરી શકે છે, જેમ કે રૂબી, બેરિલિયમ ગ્લાસ, નિયોન ગેસ, સેમિકન્ડક્ટર, કાર્બનિક રંગો, વગેરે. ઓપ્ટિકલ રેઝોનન્સ નિયંત્રણની ભૂમિકા આઉટપુટ લેસરની તેજસ્વીતા વધારવા, લેસરની તરંગલંબાઇ અને દિશાને સમાયોજિત કરવા અને પસંદ કરવાની છે.

ડી. અરજી

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

ઇ. ઇતિહાસ

૧૯૫૮ માં, અમેરિકન વૈજ્ઞાનિકો ઝિયાઓલુઓ અને ટાઉન્સે એક જાદુઈ ઘટના શોધી કાઢી: જ્યારે તેઓ આંતરિક લાઇટ બલ્બ દ્વારા ઉત્સર્જિત પ્રકાશને દુર્લભ પૃથ્વી સ્ફટિક પર મૂકે છે, ત્યારે સ્ફટિકના પરમાણુઓ તેજસ્વી, હંમેશા એકસાથે મજબૂત પ્રકાશ ઉત્સર્જિત કરશે. આ ઘટના અનુસાર, તેઓએ "લેસર સિદ્ધાંત" પ્રસ્તાવિત કર્યો, એટલે કે, જ્યારે પદાર્થ તેના પરમાણુઓની કુદરતી ઓસિલેશન આવર્તન જેટલી જ ઊર્જાથી ઉત્તેજિત થાય છે, ત્યારે તે આ મજબૂત પ્રકાશ ઉત્પન્ન કરશે જે અલગ થતો નથી - લેસર. તેમને આ માટે મહત્વપૂર્ણ કાગળો મળ્યા.

સાયલો અને ટાઉન્સના સંશોધન પરિણામોના પ્રકાશન પછી, વિવિધ દેશોના વૈજ્ઞાનિકોએ વિવિધ પ્રાયોગિક યોજનાઓ પ્રસ્તાવિત કરી, પરંતુ તે સફળ ન થયા. 15 મે, 1960 ના રોજ, કેલિફોર્નિયામાં હ્યુજીસ લેબોરેટરીના વૈજ્ઞાનિક મેમેને જાહેરાત કરી કે તેમણે 0.6943 માઇક્રોનની તરંગલંબાઇ ધરાવતું લેસર મેળવ્યું છે, જે માનવો દ્વારા મેળવેલું પ્રથમ લેસર હતું, અને આ રીતે મેમેન વ્યવહારિક ક્ષેત્રમાં લેસર દાખલ કરનાર વિશ્વના પ્રથમ વૈજ્ઞાનિક બન્યા.

7 જુલાઈ, 1960 ના રોજ, મેમેને વિશ્વના પ્રથમ લેસરના જન્મની જાહેરાત કરી, મેમેનની યોજના રૂબી સ્ફટિકમાં ક્રોમિયમ અણુઓને ઉત્તેજીત કરવા માટે ઉચ્ચ-તીવ્રતાવાળી ફ્લેશ ટ્યુબનો ઉપયોગ કરવાની છે, આમ ખૂબ જ કેન્દ્રિત પાતળા લાલ પ્રકાશ સ્તંભ ઉત્પન્ન થાય છે, જ્યારે તેને ચોક્કસ બિંદુએ ફાયર કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે સૂર્યની સપાટી કરતા વધુ તાપમાન સુધી પહોંચી શકે છે.

સોવિયેત વૈજ્ઞાનિક H.Γ બાસોવે 1960 માં સેમિકન્ડક્ટર લેસરની શોધ કરી હતી. સેમિકન્ડક્ટર લેસરનું માળખું સામાન્ય રીતે P સ્તર, N સ્તર અને સક્રિય સ્તરથી બનેલું હોય છે જે ડબલ હેટરોજંક્શન બનાવે છે. તેની લાક્ષણિકતાઓ છે: નાનું કદ, ઉચ્ચ જોડાણ કાર્યક્ષમતા, ઝડપી પ્રતિભાવ ગતિ, તરંગલંબાઇ અને ઓપ્ટિકલ ફાઇબરના કદ સાથે બંધબેસતું કદ, સીધા મોડ્યુલેટ કરી શકાય છે, સારી સુસંગતતા.

છ, લેસરના ઉપયોગ માટેના કેટલાક મુખ્ય દિશાનિર્દેશો

એફ. લેસર કમ્યુનિકેશન

આજે માહિતી પ્રસારિત કરવા માટે પ્રકાશનો ઉપયોગ ખૂબ જ સામાન્ય છે. ઉદાહરણ તરીકે, જહાજો વાતચીત કરવા માટે લાઇટનો ઉપયોગ કરે છે, અને ટ્રાફિક લાઇટ લાલ, પીળા અને લીલા રંગનો ઉપયોગ કરે છે. પરંતુ સામાન્ય પ્રકાશનો ઉપયોગ કરીને માહિતી પ્રસારિત કરવાની આ બધી રીતો ફક્ત 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 ફક્ત લેસરનો ઉપયોગ કરી શકો છો.

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

હકીકતમાં, ફાઇબરનો આંતરિક કોર પારદર્શક ઓપ્ટિકલ ગ્લાસનો ઉચ્ચ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ છે, અને બાહ્ય આવરણ ઓછા રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ ગ્લાસ અથવા પ્લાસ્ટિકથી બનેલું છે. આવી રચના, એક તરફ, પ્રકાશને આંતરિક કોર સાથે રીફ્રેક્ટ કરી શકે છે, જેમ પાણીની પાઇપમાં પાણી આગળ વહે છે, વાયરમાં વીજળી આગળ પ્રસારિત થાય છે, ભલે હજારો વળાંકો અને વળાંકોનો કોઈ પ્રભાવ ન હોય. બીજી બાજુ, ઓછી રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ કોટિંગ પ્રકાશને બહાર નીકળતા અટકાવી શકે છે, જેમ પાણીની પાઇપ ટપકતી નથી અને વાયરનો ઇન્સ્યુલેશન સ્તર વીજળીનું સંચાલન કરતું નથી.

ઓપ્ટિકલ ફાઇબરનો દેખાવ પ્રકાશ પ્રસારિત કરવાનો માર્ગ ઉકેલે છે, પરંતુ તેનો અર્થ એ નથી કે તેની મદદથી, કોઈપણ પ્રકાશ ખૂબ દૂર સુધી પ્રસારિત થઈ શકે છે. ફક્ત ઉચ્ચ તેજ, ​​શુદ્ધ રંગ, સારું દિશાત્મક લેસર, માહિતી પ્રસારિત કરવા માટે સૌથી આદર્શ પ્રકાશ સ્ત્રોત છે, તે ફાઇબરના એક છેડેથી ઇનપુટ છે, લગભગ કોઈ નુકસાન નથી અને બીજા છેડેથી આઉટપુટ નથી. તેથી, ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન એ મૂળભૂત રીતે લેસર કોમ્યુનિકેશન છે, જેમાં મોટી ક્ષમતા, ઉચ્ચ ગુણવત્તા, સામગ્રીનો વિશાળ સ્ત્રોત, મજબૂત ગુપ્તતા, ટકાઉપણું, વગેરેના ફાયદા છે, અને વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા તેને સંદેશાવ્યવહારના ક્ષેત્રમાં ક્રાંતિ તરીકે બિરદાવવામાં આવે છે, અને તે તકનીકી ક્રાંતિમાં સૌથી તેજસ્વી સિદ્ધિઓમાંની એક છે.