लेजरहरूको उत्पादन

लेजरहरूको उत्पादन
लेजरहरूको उत्पादन १९१६ मा आइन्स्टाइनले "स्वयंस्फूर्त र उत्तेजित उत्सर्जन" को सिद्धान्तको साथ प्रस्ताव गरेका थिए। यो सिद्धान्तले आधुनिक लेजर प्रणालीहरूको भौतिक आधार बनाउँछ। फोटोन र परमाणुहरू बीचको अन्तरक्रियाले तीन संक्रमण प्रक्रियाहरू निम्त्याउन सक्छ: उत्तेजित अवशोषण, सहज उत्सर्जन, र उत्तेजित उत्सर्जन। जबसम्म उत्तेजित उत्सर्जन दिगो र स्थिर हुन सक्छ, लेजरहरू प्राप्त गर्न सकिन्छ। त्यसकारण, विशेष उपकरणहरू - लेजरहरू - निर्माण गर्नुपर्छ। लेजरको संरचना सामान्यतया तीन मुख्य भागहरू मिलेर बनेको हुन्छ: काम गर्ने पदार्थ, उत्तेजना उपकरण, र अप्टिकल रेजोनेटर।

१. काम गर्ने पदार्थ

लेजरमा रहेको पदार्थ जसले लेजर प्रकाश उत्पन्न गर्न सक्छ त्यसलाई काम गर्ने पदार्थ भनिन्छ। सामान्य परिस्थितिमा, प्रत्येक ऊर्जा स्तरमा पदार्थमा परमाणु संख्याहरूको वितरण सामान्य वितरण हो। तल्लो ऊर्जा स्तरमा परमाणुहरूको संख्या सधैं उच्च ऊर्जा स्तरको भन्दा बढी हुन्छ। त्यसकारण, जब प्रकाश प्रकाशमान पदार्थको सामान्य अवस्थाबाट गुज्रन्छ, अवशोषण प्रक्रिया प्रमुख हुन्छ, र प्रकाश सधैं कमजोर हुन्छ। प्रकाशमान पदार्थबाट गुज्रिएपछि प्रकाशलाई बलियो बनाउन र प्रकाश प्रवर्धन प्राप्त गर्न, उत्तेजित उत्सर्जनलाई प्रमुख बनाउन आवश्यक छ। उच्च ऊर्जा स्तरमा परमाणुहरूको संख्यालाई तल्लो ऊर्जा स्तरको भन्दा बढी बनाउन, यो वितरण सामान्य वितरणको विपरीत हुन्छ र यसलाई कण संख्या उल्टो भनिन्छ।
२. उत्तेजना उपकरण
उत्तेजना उपकरणको कार्य भनेको कम ऊर्जा स्तरमा परमाणुहरूलाई उच्च ऊर्जा स्तरमा उत्तेजित गर्नु हो, जसले गर्दा काम गर्ने पदार्थले कण संख्या उल्टो प्राप्त गर्न सक्षम हुन्छ। पदार्थको ऊर्जा स्तरमा जमिनको अवस्था र उत्तेजित अवस्था, साथै मेटास्टेबल अवस्था समावेश हुन्छ। मेटास्टेबल अवस्था जमिनको अवस्था भन्दा कम स्थिर हुन्छ, तर उत्तेजित अवस्था भन्दा धेरै स्थिर हुन्छ। तुलनात्मक रूपमा भन्नुपर्दा, परमाणुहरू लामो समयसम्म मेटास्टेबल अवस्थामा रहन सक्छन्। उदाहरणका लागि, रुबीमा क्रोमियम आयनहरू (Cr3+) को १०-३ सेकेन्डको जीवनकालको साथ मेटास्टेबल अवस्था हुन्छ। काम गर्ने पदार्थ उत्तेजित भएपछि र कण संख्या उल्टो प्राप्त गरेपछि, सुरुमा, सहज विकिरणद्वारा उत्सर्जित फोटनहरूको फरक प्रसार दिशाहरूको कारणले गर्दा, उत्तेजित विकिरण फोटनहरूको पनि फरक प्रसार दिशाहरू हुन्छन्, र आउटपुट र अवशोषणमा धेरै हानिहरू हुन्छन्; स्थिर लेजर आउटपुट उत्पन्न गर्न सकिँदैन। काम गर्ने पदार्थको सीमित मात्रामा उत्तेजित विकिरणलाई अस्तित्वमा राख्न सक्षम बनाउन, प्रकाशको चयन र प्रवर्धन प्राप्त गर्न एक अप्टिकल रेजोनेटर आवश्यक पर्दछ।
३. अप्टिकल रेजोनेटर
यो मुख्य अक्षमा लम्बवत रूपमा काम गर्ने पदार्थको दुवै छेउमा स्थापित पारस्परिक रूपमा समानान्तर परावर्तक ऐनाहरूको जोडी हो। एउटा छेउ पूर्ण परावर्तन ऐना हो (१००% को परावर्तन दरको साथ), र अर्को छेउ आंशिक रूपमा पारदर्शी र आंशिक रूपमा परावर्तक ऐना हो (९०% देखि ९९% को परावर्तन दरको साथ)।
रेजोनेटरका कार्यहरू यस प्रकार छन्: ① अप्टिकल प्रवर्धन उत्पन्न गर्ने र कायम राख्ने; ② आउटपुट प्रकाशको दिशा चयन गर्ने; ③ आउटपुट प्रकाशको तरंगदैर्ध्य चयन गर्ने। एक विशिष्ट काम गर्ने पदार्थको लागि, विभिन्न कारकहरूको कारणले गर्दा, वास्तविक उत्सर्जित प्रकाश तरंगदैर्ध्य अद्वितीय हुँदैन, र स्पेक्ट्रमको निश्चित चौडाइ हुन्छ। रेजोनेटरले आवृत्ति चयन भूमिका खेल्न सक्छ, जसले लेजरको मोनोक्रोमेटिकिटीलाई राम्रो बनाउँछ।