લેસરોનું ઉત્પાદન

લેસરોનું ઉત્પાદન
૧૯૧૬માં આઈન્સ્ટાઈને "સ્વયંસ્ફુરિત અને ઉત્તેજિત ઉત્સર્જન" ના સિદ્ધાંત સાથે લેસરની પેઢીનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો હતો. આ સિદ્ધાંત આધુનિક લેસર સિસ્ટમનો ભૌતિક આધાર બનાવે છે. ફોટોન અને અણુઓ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ત્રણ સંક્રમણ પ્રક્રિયાઓ તરફ દોરી શકે છે: ઉત્તેજિત શોષણ, સ્વયંસ્ફુરિત ઉત્સર્જન અને ઉત્તેજિત ઉત્સર્જન. જ્યાં સુધી ઉત્તેજિત ઉત્સર્જન ટકાઉ અને સ્થિર રહી શકે છે, ત્યાં સુધી લેસર મેળવી શકાય છે. તેથી, ખાસ ઉપકરણો - લેસર - નું ઉત્પાદન કરવું આવશ્યક છે. લેસરની રચના સામાન્ય રીતે ત્રણ મુખ્ય ભાગોથી બનેલી હોય છે: કાર્યકારી પદાર્થ, ઉત્તેજના ઉપકરણ અને ઓપ્ટિકલ રેઝોનેટર.

1. કાર્યકારી પદાર્થ

લેસરમાં જે પદાર્થ લેસર પ્રકાશ ઉત્પન્ન કરી શકે છે તેને કાર્યકારી પદાર્થ કહેવામાં આવે છે. સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં, દરેક ઉર્જા સ્તરે પદાર્થમાં અણુ સંખ્યાઓનું વિતરણ સામાન્ય વિતરણ છે. નીચલા ઉર્જા સ્તરે અણુઓની સંખ્યા હંમેશા ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તરે કરતા વધારે હોય છે. તેથી, જ્યારે પ્રકાશ તેજસ્વી પદાર્થની સામાન્ય સ્થિતિમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે શોષણ પ્રક્રિયા પ્રબળ હોય છે, અને પ્રકાશ હંમેશા નબળો પડે છે. તેજસ્વી પદાર્થમાંથી પસાર થયા પછી પ્રકાશને મજબૂત બનાવવા અને પ્રકાશ પ્રવર્ધન પ્રાપ્ત કરવા માટે, ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનને પ્રબળ બનાવવું જરૂરી છે. ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તરે અણુઓની સંખ્યા નીચલા ઉર્જા સ્તરે કરતા વધારે બનાવવા માટે, આ વિતરણ સામાન્ય વિતરણની વિરુદ્ધ છે અને તેને કણ સંખ્યા વ્યુત્ક્રમ કહેવામાં આવે છે.
2. ઉત્તેજના ઉપકરણ
ઉત્તેજના ઉપકરણનું કાર્ય નીચા ઉર્જા સ્તરમાં રહેલા અણુઓને ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તર સુધી ઉત્તેજિત કરવાનું છે, જેનાથી કાર્યકારી પદાર્થ કણ સંખ્યા વ્યુત્ક્રમ પ્રાપ્ત કરી શકે છે. પદાર્થના ઉર્જા સ્તરોમાં ભૂમિ સ્થિતિ અને ઉત્તેજિત સ્થિતિ, તેમજ મેટાસ્ટેબલ સ્થિતિનો સમાવેશ થાય છે. મેટાસ્ટેબલ સ્થિતિ ભૂમિ સ્થિતિ કરતા ઓછી સ્થિર હોય છે, પરંતુ ઉત્તેજિત સ્થિતિ કરતા ઘણી વધુ સ્થિર હોય છે. પ્રમાણમાં કહીએ તો, અણુઓ લાંબા સમય સુધી મેટાસ્ટેબલ સ્થિતિમાં રહી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, રૂબીમાં ક્રોમિયમ આયનો (Cr3+) 10-3 સેકન્ડના ક્રમમાં મેટાસ્ટેબલ સ્થિતિ ધરાવે છે. કાર્યકારી પદાર્થ ઉત્તેજિત થાય છે અને કણ સંખ્યા વ્યુત્ક્રમ પ્રાપ્ત કરે છે તે પછી, શરૂઆતમાં, સ્વયંસ્ફુરિત કિરણોત્સર્ગ દ્વારા ઉત્સર્જિત ફોટોનની વિવિધ પ્રસાર દિશાઓને કારણે, ઉત્તેજિત કિરણોત્સર્ગ ફોટોનની પણ વિવિધ પ્રસાર દિશાઓ હોય છે, અને આઉટપુટ અને શોષણમાં ઘણા નુકસાન થાય છે; સ્થિર લેસર આઉટપુટ ઉત્પન્ન કરી શકાતું નથી. કાર્યકારી પદાર્થના મર્યાદિત જથ્થામાં ઉત્તેજિત કિરણોત્સર્ગ અસ્તિત્વમાં રહે તે માટે, પ્રકાશની પસંદગી અને પ્રવર્ધન પ્રાપ્ત કરવા માટે ઓપ્ટિકલ રેઝોનેટરની જરૂર છે.
૩. ઓપ્ટિકલ રેઝોનેટર
તે કાર્યકારી પદાર્થના બંને છેડા પર સ્થાપિત પરસ્પર સમાંતર પ્રતિબિંબિત અરીસાઓની જોડી છે, જે મુખ્ય ધરી પર લંબ છે. એક છેડો સંપૂર્ણ પ્રતિબિંબ અરીસો છે (100% ના પ્રતિબિંબ દર સાથે), અને બીજો છેડો આંશિક રીતે પારદર્શક અને આંશિક રીતે પ્રતિબિંબિત અરીસો છે (90% થી 99% ના પ્રતિબિંબ દર સાથે).
રેઝોનેટરના કાર્યો છે: ① ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફિકેશન ઉત્પન્ન કરવું અને જાળવવું; ② આઉટપુટ લાઇટની દિશા પસંદ કરવી; ③ આઉટપુટ લાઇટની તરંગલંબાઇ પસંદ કરવી. ચોક્કસ કાર્યકારી પદાર્થ માટે, વિવિધ પરિબળોને કારણે, વાસ્તવિક ઉત્સર્જિત પ્રકાશ તરંગલંબાઇ અનન્ય નથી, અને સ્પેક્ટ્રમની ચોક્કસ પહોળાઈ હોય છે. રેઝોનેટર ફ્રીક્વન્સી પસંદગીની ભૂમિકા ભજવી શકે છે, જે લેસરની મોનોક્રોમેટિકિટીને વધુ સારી બનાવે છે.