लेजर सिद्धांत

लेज़रों का सिद्धांत उत्तेजित उत्सर्जन पर आधारित है, यह अवधारणा पहली बार 20वीं सदी की शुरुआत में आइंस्टीन द्वारा प्रस्तावित की गई थी। मुख्य प्रक्रिया इस प्रकार है:

- इलेक्ट्रॉन संक्रमण: कार्यशील माध्यम में परमाणु या अणु एक पंप स्रोत (जैसे विद्युत ऊर्जा, प्रकाश ऊर्जा, आदि) के प्रभाव में ऊर्जा प्राप्त करते हैं, निम्न ऊर्जा स्तर से उच्च ऊर्जा स्तर तक संक्रमण करते हुए, उत्तेजित अवस्था में प्रवेश करते हैं। क्योंकि उच्च ऊर्जा स्तर अस्थिर होता है, परमाणु या अणु स्वतः ही निम्न ऊर्जा स्तर पर वापस चले जाते हैं, और इस प्रक्रिया में फोटॉन छोड़ते हैं।

- गुंजयमान गुहा परावर्तन: ये फोटॉन गुंजयमान गुहा के भीतर आगे और पीछे परावर्तित होते हैं, कार्यशील माध्यम में अन्य उत्तेजित अवस्था वाले परमाणुओं या अणुओं के साथ बातचीत करते हैं, जिससे अधिक उत्तेजित उत्सर्जन शुरू होता है। इससे फोटॉन की संख्या अचानक बढ़ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च तीव्रता, अत्यधिक मोनोक्रोमैटिक और अत्यंत दिशात्मक लेजर प्रकाश उत्पन्न होता है।

लेजर घटक

लेजर में मुख्य रूप से तीन भाग होते हैं: कार्यशील माध्यम, पंप स्रोत और गुंजयमान गुहा।

- कार्यशील माध्यम: यह लेजर पीढ़ी की नींव है। यह एक सक्रिय माध्यम से बना है जो जनसंख्या व्युत्क्रमण को सक्षम बनाता है, जैसे रूबी, नियोडिमियम ग्लास, या कार्बन डाइऑक्साइड गैस।

- पंप स्रोत: कार्यशील माध्यम को ऊर्जा प्रदान करता है, उत्तेजित उत्सर्जन को प्रेरित करता है। सामान्य तरीकों में विद्युत उत्तेजना और ऑप्टिकल उत्तेजना शामिल हैं।

- गुंजयमान गुहा: कुल आंतरिक प्रतिबिंब दर्पण और आंशिक आंतरिक प्रतिबिंब दर्पण से बना, यह फोटॉन के लिए प्रतिक्रिया और एक दोलनशील वातावरण प्रदान करता है, जिससे उन्हें गुहा के भीतर कई बार आगे और पीछे यात्रा करने की अनुमति मिलती है, उत्तेजित उत्सर्जन प्रभाव बढ़ता है और अंततः लेजर आउटपुट बनता है।

सिंगल-मोड और मल्टी-मोड लेजर के बीच अंतर

सिंगल-मोड और मल्टी-मोड लेजर के बीच मुख्य अंतर आउटपुट बीम में मोड की संख्या में है।

- सिंगल-मोड लेजर: प्रकाश प्रसार के केवल एक मोड का समर्थन करता है। इसमें उच्च बीम गुणवत्ता, अच्छी दिशात्मकता और सुसंगतता, एक मानक गोलाकार बीम स्पॉट और एक छोटा विचलन कोण है। यह लेजर इंटरफेरोमीटर और फाइबर ऑप्टिक संचार जैसे उच्च परिशुद्धता अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है।

- मल्टी-मोड लेजर: प्रकाश प्रसार के कई तरीकों का समर्थन करता है। इसमें एक बड़ा आउटपुट बीम विचलन कोण, जटिल बीम आकार और तीव्रता वितरण, और एक छोटी सुसंगत लंबाई, लेकिन उच्च आउटपुट पावर है। यह सामग्री प्रसंस्करण और लेजर रोशनी जैसे कम मांग वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है।

लेजर - गॉसियन बीम

लेज़रों को गॉसियन बीम कहा जाता है क्योंकि उनके क्रॉस-सेक्शन में उनकी तीव्रता का वितरण लगभग गॉसियन फ़ंक्शन के अनुरूप होता है, जिसका अर्थ है कि तीव्रता केंद्र में अधिक होती है और धीरे-धीरे किनारों की ओर कम हो जाती है, जो एक घंटी के आकार का वक्र प्रदर्शित करती है।

यह वितरण विशेषता गुंजयमान गुहा के भीतर इसके गठन के दौरान लेजर की स्व-प्रजनन क्षमता से उत्पन्न होती है; विवर्तन और प्रसार के बाद भी, इसका तीव्रता वितरण गाऊसी रूप बनाए रखता है। गॉसियन बीम में उत्कृष्ट फोकसिंग प्रदर्शन और मोनोक्रोमैटिकिटी होती है, जो प्रभावी रूप से मोड प्रतिस्पर्धा को कम करती है और बीम की गुणवत्ता में सुधार करती है, जिससे उन्हें ऑप्टिकल सिस्टम डिजाइन, लेजर प्रोसेसिंग और अन्य क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

लेजर वर्गीकरण लेजर को कई तरीकों से वर्गीकृत किया जा सकता है, जिनमें से एक कार्यशील माध्यम द्वारा है:

- सॉलिड-स्टेट लेजर: ये कार्यशील माध्यम के रूप में ठोस सामग्रियों का उपयोग करते हैं, जैसे कि नियोडिमियम-डोप्ड एल्यूमीनियम गार्नेट (एनडी: YAG) लेजर। इन लेज़रों में आमतौर पर उच्च शक्ति उत्पादन और अच्छी स्थिरता होती है, और इनका व्यापक रूप से औद्योगिक प्रसंस्करण, चिकित्सा और वैज्ञानिक अनुसंधान में उपयोग किया जाता है।

- गैस लेजर: ये गैसों को कार्यशील माध्यम के रूप में उपयोग करते हैं, जैसे हीलियम-नियॉन लेजर (He-Ne) और कार्बन डाइऑक्साइड लेजर (CO2)। दृश्य और अवरक्त वर्णक्रमीय क्षेत्रों में गैस लेजर का व्यापक अनुप्रयोग होता है।

- तरल लेज़र: जिन्हें डाई लेज़र के रूप में भी जाना जाता है, ये कार्यशील माध्यम के रूप में कार्बनिक डाई समाधान का उपयोग करते हैं। उनकी तरंग दैर्ध्य ट्यूनेबिलिटी उन्हें वैज्ञानिक अनुसंधान और बायोमेडिसिन में अद्वितीय लाभ प्रदान करती है।

- सेमीकंडक्टर लेजर: ये सेमीकंडक्टर सामग्री का उपयोग कार्यशील माध्यम के रूप में करते हैं, जैसे लेजर डायोड। ये लेजर लघुकरण और एकीकरण में लाभ प्रदान करते हैं, और ऑप्टिकल संचार, लेजर प्रिंटिंग और अन्य क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।

- फ्री-इलेक्ट्रॉन लेज़र: ये कार्यशील माध्यम के रूप में उच्च गति वाले मुक्त इलेक्ट्रॉन बीम का उपयोग करते हैं। वे आउटपुट पावर और तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करते हैं, जो उन्हें उच्च-ऊर्जा भौतिकी और एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए उपयुक्त बनाती है।