लेसर तत्व आणि त्याचा वापर

लेसर म्हणजे उत्तेजित रेडिएशन अॅम्प्लिफिकेशन आणि आवश्यक अभिप्रायाद्वारे कोलिमेटेड, मोनोक्रोमॅटिक, सुसंगत प्रकाश किरण निर्माण करण्याची प्रक्रिया आणि साधन. मुळात, लेसर निर्मितीसाठी तीन घटकांची आवश्यकता असते: एक "रेझोनेटर", एक "गेन माध्यम" आणि एक "पंपिंग स्रोत".

अ. तत्व

अणूची गतिमान अवस्था वेगवेगळ्या ऊर्जा पातळींमध्ये विभागली जाऊ शकते आणि जेव्हा अणू उच्च ऊर्जा पातळीपासून कमी ऊर्जा पातळीपर्यंत संक्रमण करतो तेव्हा तो संबंधित उर्जेचे फोटॉन (तथाकथित उत्स्फूर्त रेडिएशन) सोडतो. त्याचप्रमाणे, जेव्हा एखादा फोटॉन ऊर्जा पातळी प्रणालीवर आदळतो आणि त्याद्वारे शोषला जातो तेव्हा तो अणूला कमी ऊर्जा पातळीपासून उच्च ऊर्जा पातळीपर्यंत (तथाकथित उत्तेजित शोषण) संक्रमण करण्यास भाग पाडतो; नंतर, उच्च ऊर्जा पातळीपर्यंत संक्रमण करणारे काही अणू कमी ऊर्जा पातळीपर्यंत संक्रमण करतात आणि फोटॉन (तथाकथित उत्तेजित रेडिएशन) उत्सर्जित करतात. या हालचाली एकाकीपणे होत नाहीत, तर अनेकदा समांतर असतात. जेव्हा आपण योग्य माध्यम, रेझोनेटर, पुरेसे बाह्य विद्युत क्षेत्र वापरण्यासारखी स्थिती निर्माण करतो तेव्हा उत्तेजित रेडिएशन वाढवले ​​जाते जेणेकरून उत्तेजित शोषणापेक्षा जास्त, नंतर सर्वसाधारणपणे, उत्तेजित फोटॉन उत्सर्जित होतील, परिणामी लेसर प्रकाश निर्माण होईल.

ब. वर्गीकरण

लेसर तयार करणाऱ्या माध्यमानुसार, लेसरला द्रव लेसर, वायू लेसर आणि घन लेसरमध्ये विभागता येते. आता सर्वात सामान्य अर्धसंवाहक लेसर हा एक प्रकारचा घन-अवस्था लेसर आहे.

क. रचना

बहुतेक लेसर तीन भागांनी बनलेले असतात: उत्तेजना प्रणाली, लेसर मटेरियल आणि ऑप्टिकल रेझोनेटर. उत्तेजना प्रणाली ही अशी उपकरणे आहेत जी प्रकाश, विद्युत किंवा रासायनिक ऊर्जा निर्माण करतात. सध्या, वापरले जाणारे मुख्य प्रोत्साहन साधन प्रकाश, वीज किंवा रासायनिक अभिक्रिया आहेत. लेसर पदार्थ हे असे पदार्थ आहेत जे लेसर प्रकाश निर्माण करू शकतात, जसे की माणिक, बेरिलियम ग्लास, निऑन वायू, अर्धवाहक, सेंद्रिय रंग इ. ऑप्टिकल रेझोनान्स नियंत्रणाची भूमिका आउटपुट लेसरची चमक वाढवणे, लेसरची तरंगलांबी आणि दिशा समायोजित करणे आणि निवडणे आहे.

D. अर्ज

लेसरचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो, प्रामुख्याने फायबर कम्युनिकेशन, लेसर रेंजिंग, लेसर कटिंग, लेसर शस्त्रे, लेसर डिस्क इत्यादी.

ई. इतिहास

१९५८ मध्ये, अमेरिकन शास्त्रज्ञ झियाओलुओ आणि टाउन्स यांनी एक जादुई घटना शोधून काढली: जेव्हा ते अंतर्गत प्रकाश बल्बद्वारे उत्सर्जित होणारा प्रकाश एका दुर्मिळ पृथ्वीच्या क्रिस्टलवर ठेवतात तेव्हा क्रिस्टलचे रेणू तेजस्वी, नेहमी एकत्र मजबूत प्रकाश उत्सर्जित करतात. या घटनेनुसार, त्यांनी "लेसर तत्व" मांडले, म्हणजेच जेव्हा पदार्थ त्याच्या रेणूंच्या नैसर्गिक दोलन वारंवारतेच्या समान उर्जेने उत्तेजित होतो, तेव्हा तो हा मजबूत प्रकाश निर्माण करेल जो विचलित होत नाही - लेसर. यासाठी त्यांना महत्त्वाचे कागदपत्रे सापडली.

सायलो आणि टाउन्स यांच्या संशोधन निकालांच्या प्रकाशनानंतर, विविध देशांतील शास्त्रज्ञांनी विविध प्रायोगिक योजना प्रस्तावित केल्या, परंतु त्या यशस्वी झाल्या नाहीत. १५ मे १९६० रोजी, कॅलिफोर्नियातील ह्यूजेस प्रयोगशाळेतील शास्त्रज्ञ मेमन यांनी जाहीर केले की त्यांनी ०.६९४३ मायक्रॉन तरंगलांबी असलेला लेसर मिळवला आहे, जो मानवांनी मिळवलेला पहिला लेसर होता आणि अशा प्रकारे मेमन व्यावहारिक क्षेत्रात लेसर आणणारे जगातील पहिले शास्त्रज्ञ बनले.

७ जुलै १९६० रोजी, मेमनने जगातील पहिल्या लेसरच्या जन्माची घोषणा केली. मेमनची योजना म्हणजे रुबी क्रिस्टलमध्ये क्रोमियम अणूंना उत्तेजित करण्यासाठी उच्च-तीव्रतेच्या फ्लॅश ट्यूबचा वापर करणे, अशा प्रकारे एक अतिशय केंद्रित पातळ लाल प्रकाश स्तंभ तयार करणे, जेव्हा तो एका विशिष्ट बिंदूवर प्रक्षेपित केला जातो तेव्हा तो सूर्याच्या पृष्ठभागापेक्षा जास्त तापमानापर्यंत पोहोचू शकतो.

सोव्हिएत शास्त्रज्ञ एच.जी. बसोव्ह यांनी १९६० मध्ये सेमीकंडक्टर लेसरचा शोध लावला. सेमीकंडक्टर लेसरची रचना सहसा पी लेयर, एन लेयर आणि सक्रिय लेयरपासून बनलेली असते जी दुहेरी विषमजंक्शन बनवते. त्याची वैशिष्ट्ये अशी आहेत: लहान आकार, उच्च कपलिंग कार्यक्षमता, जलद प्रतिसाद गती, तरंगलांबी आणि आकार ऑप्टिकल फायबर आकाराशी जुळतो, थेट मॉड्युलेट केले जाऊ शकते, चांगली सुसंगतता.

सहा, लेसरच्या काही मुख्य वापराच्या दिशानिर्देश

एफ. लेसर कम्युनिकेशन

माहिती प्रसारित करण्यासाठी प्रकाशाचा वापर आज खूप सामान्य आहे. उदाहरणार्थ, जहाजे संवाद साधण्यासाठी दिवे वापरतात आणि ट्रॅफिक लाइट लाल, पिवळे आणि हिरवे वापरतात. परंतु सामान्य प्रकाश वापरून माहिती प्रसारित करण्याचे हे सर्व मार्ग फक्त कमी अंतरापर्यंत मर्यादित असू शकतात. जर तुम्हाला प्रकाशाद्वारे थेट दूरच्या ठिकाणी माहिती प्रसारित करायची असेल, तर तुम्ही सामान्य प्रकाश वापरू शकत नाही, तर फक्त लेसर वापरू शकता.

तर तुम्ही लेसर कसा वितरित कराल? आपल्याला माहित आहे की तांब्याच्या तारांवरून वीज वाहून नेली जाऊ शकते, परंतु सामान्य धातूच्या तारांवरून प्रकाश वाहून नेला जाऊ शकत नाही. यासाठी, शास्त्रज्ञांनी एक फिलामेंट विकसित केले आहे जे प्रकाश प्रसारित करू शकते, ज्याला ऑप्टिकल फायबर म्हणतात, ज्याला फायबर म्हणतात. ऑप्टिकल फायबर विशेष काचेच्या पदार्थांपासून बनलेले असते, त्याचा व्यास मानवी केसांपेक्षा पातळ असतो, सहसा 50 ते 150 मायक्रॉन असतो आणि खूप मऊ असतो.

खरं तर, फायबरचा आतील गाभा हा पारदर्शक ऑप्टिकल काचेचा उच्च अपवर्तनांक आहे आणि बाह्य आवरण कमी अपवर्तनांक काचेचे किंवा प्लास्टिकचे बनलेले आहे. अशा रचनेमुळे, एकीकडे, प्रकाश आतील गाभ्यासह अपवर्तित होऊ शकतो, जसे पाण्याच्या पाईपमध्ये पाणी पुढे वाहते, तारेत वीज पुढे प्रसारित होते, जरी हजारो वळणे आणि वळणे काहीही परिणाम देत नसली तरीही. दुसरीकडे, कमी-अपवर्तनांक कोटिंग प्रकाश बाहेर पडण्यापासून रोखू शकते, जसे पाण्याचे पाईप गळत नाही आणि वायरचा इन्सुलेशन थर वीज चालवत नाही.

ऑप्टिकल फायबरचा उदय प्रकाश प्रसारित करण्याचा मार्ग सोडवतो, परंतु याचा अर्थ असा नाही की त्याच्या मदतीने कोणताही प्रकाश खूप दूरवर प्रसारित केला जाऊ शकतो. केवळ उच्च चमक, शुद्ध रंग, चांगला दिशात्मक लेसर, माहिती प्रसारित करण्यासाठी सर्वात आदर्श प्रकाश स्रोत आहे, तो फायबरच्या एका टोकापासून इनपुट आहे, जवळजवळ कोणताही तोटा होत नाही आणि दुसऱ्या टोकापासून आउटपुट होत नाही. म्हणूनच, ऑप्टिकल कम्युनिकेशन हे मूलतः लेसर कम्युनिकेशन आहे, ज्यामध्ये मोठी क्षमता, उच्च दर्जाचे, साहित्याचा विस्तृत स्रोत, मजबूत गोपनीयता, टिकाऊपणा इत्यादी फायदे आहेत आणि शास्त्रज्ञांनी त्याला संप्रेषण क्षेत्रातील क्रांती म्हणून गौरवले आहे आणि तांत्रिक क्रांतीतील सर्वात तेजस्वी कामगिरींपैकी एक आहे.