ലേസർ തത്വവും അതിന്റെ പ്രയോഗവും

ഉത്തേജിത റേഡിയേഷൻ ആംപ്ലിഫിക്കേഷനിലൂടെയും ആവശ്യമായ ഫീഡ്‌ബാക്കിലൂടെയും കോളിമേറ്റഡ്, മോണോക്രോമാറ്റിക്, കോഹെറന്റ് പ്രകാശ രശ്മികൾ സൃഷ്ടിക്കുന്ന പ്രക്രിയയെയും ഉപകരണത്തെയും ലേസർ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. അടിസ്ഥാനപരമായി, ലേസർ ജനറേഷന് മൂന്ന് ഘടകങ്ങൾ ആവശ്യമാണ്: ഒരു "റെസൊണേറ്റർ," ഒരു "ഗെയിൻ മീഡിയം," ഒരു "പമ്പിംഗ് സോഴ്‌സ്."

എ. തത്വം

ഒരു ആറ്റത്തിന്റെ ചലനാവസ്ഥയെ വ്യത്യസ്ത ഊർജ്ജ നിലകളായി തിരിക്കാം, കൂടാതെ ആറ്റം ഉയർന്ന ഊർജ്ജ തലത്തിൽ നിന്ന് താഴ്ന്ന ഊർജ്ജ നിലയിലേക്ക് മാറുമ്പോൾ, അത് അനുബന്ധ ഊർജ്ജത്തിന്റെ ഫോട്ടോണുകൾ (സ്പാനോട്ടീവ് റേഡിയേഷൻ എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്നു) പുറത്തുവിടുന്നു. അതുപോലെ, ഒരു ഊർജ്ജ തല സിസ്റ്റത്തിൽ ഒരു ഫോട്ടോൺ പതിക്കുകയും അത് ആഗിരണം ചെയ്യുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ, അത് ആറ്റത്തെ താഴ്ന്ന ഊർജ്ജ തലത്തിൽ നിന്ന് ഉയർന്ന ഊർജ്ജ നിലയിലേക്ക് (എക്സൈറ്റഡ് ആഗിരണമെന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്നു) പരിവർത്തനം ചെയ്യും; തുടർന്ന്, ഉയർന്ന ഊർജ്ജ നിലകളിലേക്ക് മാറുന്ന ചില ആറ്റങ്ങൾ താഴ്ന്ന ഊർജ്ജ നിലകളിലേക്ക് മാറുകയും ഫോട്ടോണുകൾ (ഉത്തേജിത വികിരണം എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്നു) പുറപ്പെടുവിക്കുകയും ചെയ്യും. ഈ ചലനങ്ങൾ ഒറ്റപ്പെട്ട നിലയിലല്ല, മറിച്ച് പലപ്പോഴും സമാന്തരമായാണ് സംഭവിക്കുന്നത്. ഉചിതമായ മാധ്യമം, റെസൊണേറ്റർ, ആവശ്യത്തിന് ബാഹ്യ വൈദ്യുത മണ്ഡലം എന്നിവ പോലുള്ള ഒരു അവസ്ഥ നമ്മൾ സൃഷ്ടിക്കുമ്പോൾ, ഉത്തേജിത വികിരണം വർദ്ധിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു, അങ്ങനെ ഉത്തേജിത ആഗിരണം ചെയ്യുന്നതിനേക്കാൾ കൂടുതൽ ഫോട്ടോണുകൾ പുറപ്പെടുവിക്കപ്പെടും, അതിന്റെ ഫലമായി ലേസർ പ്രകാശം ഉണ്ടാകും.

ബി. വർഗ്ഗീകരണം

ലേസർ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന മാധ്യമം അനുസരിച്ച്, ലേസറിനെ ലിക്വിഡ് ലേസർ, ഗ്യാസ് ലേസർ, സോളിഡ് ലേസർ എന്നിങ്ങനെ തിരിക്കാം. ഇപ്പോൾ ഏറ്റവും സാധാരണമായ അർദ്ധചാലക ലേസർ ഒരുതരം സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ലേസർ ആണ്.

സി. രചന

മിക്ക ലേസറുകളും മൂന്ന് ഭാഗങ്ങളായാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്: ഉദ്വേഗ സംവിധാനം, ലേസർ മെറ്റീരിയൽ, ഒപ്റ്റിക്കൽ റെസൊണേറ്റർ. പ്രകാശം, വൈദ്യുത അല്ലെങ്കിൽ രാസ ഊർജ്ജം ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന ഉപകരണങ്ങളാണ് ഉത്തേജന സംവിധാനങ്ങൾ. നിലവിൽ, ഉപയോഗിക്കുന്ന പ്രധാന പ്രോത്സാഹന മാർഗ്ഗങ്ങൾ പ്രകാശം, വൈദ്യുതി അല്ലെങ്കിൽ രാസപ്രവർത്തനം എന്നിവയാണ്. മാണിക്യം, ബെറിലിയം ഗ്ലാസ്, നിയോൺ വാതകം, അർദ്ധചാലകങ്ങൾ, ജൈവ ചായങ്ങൾ മുതലായവ പോലുള്ള ലേസർ പ്രകാശം ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കാൻ കഴിയുന്ന വസ്തുക്കളാണ് ലേസർ പദാർത്ഥങ്ങൾ. ഔട്ട്പുട്ട് ലേസറിന്റെ തെളിച്ചം വർദ്ധിപ്പിക്കുക, ലേസറിന്റെ തരംഗദൈർഘ്യവും ദിശയും ക്രമീകരിക്കുക, തിരഞ്ഞെടുക്കുക എന്നിവയാണ് ഒപ്റ്റിക്കൽ റെസൊണൻസ് നിയന്ത്രണത്തിന്റെ പങ്ക്.

ഡി. അപേക്ഷ

ലേസർ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു, പ്രധാനമായും ഫൈബർ ആശയവിനിമയം, ലേസർ ശ്രേണി, ലേസർ കട്ടിംഗ്, ലേസർ ആയുധങ്ങൾ, ലേസർ ഡിസ്ക് തുടങ്ങിയവ.

ഇ. ചരിത്രം

1958-ൽ അമേരിക്കൻ ശാസ്ത്രജ്ഞരായ സിയാവുലുവോയും ടൗൺസും ഒരു മാന്ത്രിക പ്രതിഭാസം കണ്ടെത്തി: ആന്തരിക ലൈറ്റ് ബൾബ് പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന പ്രകാശം ഒരു അപൂർവ എർത്ത് ക്രിസ്റ്റലിൽ സ്ഥാപിക്കുമ്പോൾ, ക്രിസ്റ്റലിന്റെ തന്മാത്രകൾ തിളക്കമുള്ളതും എല്ലായ്പ്പോഴും ഒരുമിച്ച് ശക്തമായതുമായ പ്രകാശം പുറപ്പെടുവിക്കും. ഈ പ്രതിഭാസമനുസരിച്ച്, അവർ "ലേസർ തത്വം" നിർദ്ദേശിച്ചു, അതായത്, പദാർത്ഥം അതിന്റെ തന്മാത്രകളുടെ സ്വാഭാവിക ആന്ദോളന ആവൃത്തിയുടെ അതേ ഊർജ്ജത്താൽ ഉത്തേജിപ്പിക്കപ്പെടുമ്പോൾ, അത് വ്യതിചലിക്കാത്ത ഈ ശക്തമായ പ്രകാശം - ലേസർ - ഉത്പാദിപ്പിക്കും. ഇതിനായി അവർ പ്രധാനപ്പെട്ട പേപ്പറുകൾ കണ്ടെത്തി.

സിയോളോയുടെയും ടൗൺസിന്റെയും ഗവേഷണ ഫലങ്ങൾ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചതിനുശേഷം, വിവിധ രാജ്യങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള ശാസ്ത്രജ്ഞർ വിവിധ പരീക്ഷണ പദ്ധതികൾ നിർദ്ദേശിച്ചു, പക്ഷേ അവ വിജയിച്ചില്ല. 1960 മെയ് 15 ന്, കാലിഫോർണിയയിലെ ഹ്യൂസ് ലബോറട്ടറിയിലെ ശാസ്ത്രജ്ഞനായ മെയ്മാൻ, 0.6943 മൈക്രോൺ തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ഒരു ലേസർ ലഭിച്ചതായി പ്രഖ്യാപിച്ചു, ഇത് മനുഷ്യർക്ക് ലഭിച്ച ആദ്യത്തെ ലേസർ ആയിരുന്നു, അങ്ങനെ മെയ്മാൻ പ്രായോഗിക മേഖലയിലേക്ക് ലേസറുകൾ അവതരിപ്പിച്ച ലോകത്തിലെ ആദ്യത്തെ ശാസ്ത്രജ്ഞനായി.

1960 ജൂലൈ 7 ന്, ലോകത്തിലെ ആദ്യത്തെ ലേസറിന്റെ ജനനം മെയ്മാൻ പ്രഖ്യാപിച്ചു. ഉയർന്ന തീവ്രതയുള്ള ഫ്ലാഷ് ട്യൂബ് ഉപയോഗിച്ച് ഒരു റൂബി ക്രിസ്റ്റലിലെ ക്രോമിയം ആറ്റങ്ങളെ ഉത്തേജിപ്പിക്കുക എന്നതാണ് മെയ്മാന്റെ പദ്ധതി. അങ്ങനെ, ഒരു പ്രത്യേക ഘട്ടത്തിൽ വെടിവയ്ക്കുമ്പോൾ, സൂര്യന്റെ ഉപരിതലത്തേക്കാൾ ഉയർന്ന താപനിലയിൽ എത്താൻ കഴിയുന്ന വളരെ സാന്ദ്രീകൃത നേർത്ത ചുവന്ന പ്രകാശസ്തംഭം ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു.

സോവിയറ്റ് ശാസ്ത്രജ്ഞനായ എച്ച്.Γ ബസോവ് 1960-ൽ സെമികണ്ടക്ടർ ലേസർ കണ്ടുപിടിച്ചു. സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറിന്റെ ഘടന സാധാരണയായി ഇരട്ട ഹെറ്ററോജംഗ്ഷൻ രൂപപ്പെടുത്തുന്ന പി ലെയർ, എൻ ലെയർ, ആക്റ്റീവ് ലെയർ എന്നിവ ചേർന്നതാണ്. ഇതിന്റെ സവിശേഷതകൾ ഇവയാണ്: ചെറിയ വലിപ്പം, ഉയർന്ന കപ്ലിംഗ് കാര്യക്ഷമത, വേഗത്തിലുള്ള പ്രതികരണ വേഗത, തരംഗദൈർഘ്യം, ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ വലുപ്പവുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്ന വലുപ്പം, നേരിട്ട് മോഡുലേറ്റ് ചെയ്യാൻ കഴിയും, നല്ല കോഹറൻസ്.

ആറ്, ലേസറിന്റെ ചില പ്രധാന പ്രയോഗ ദിശകൾ

എഫ്. ലേസർ ആശയവിനിമയം

ഇന്ന് വിവരങ്ങൾ കൈമാറാൻ പ്രകാശം ഉപയോഗിക്കുന്നത് വളരെ സാധാരണമാണ്. ഉദാഹരണത്തിന്, കപ്പലുകൾ ആശയവിനിമയം നടത്താൻ ലൈറ്റുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു, ട്രാഫിക് ലൈറ്റുകൾ ചുവപ്പ്, മഞ്ഞ, പച്ച എന്നിവ ഉപയോഗിക്കുന്നു. എന്നാൽ സാധാരണ വെളിച്ചം ഉപയോഗിച്ച് വിവരങ്ങൾ കൈമാറുന്നതിനുള്ള ഈ വഴികളെല്ലാം ചെറിയ ദൂരങ്ങളിൽ മാത്രമേ പരിമിതപ്പെടുത്താൻ കഴിയൂ. വെളിച്ചത്തിലൂടെ വിദൂര സ്ഥലങ്ങളിലേക്ക് നേരിട്ട് വിവരങ്ങൾ കൈമാറണമെങ്കിൽ, നിങ്ങൾക്ക് സാധാരണ വെളിച്ചം ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയില്ല, മറിച്ച് ലേസറുകൾ മാത്രമേ ഉപയോഗിക്കാവൂ.

അപ്പോൾ നിങ്ങൾ എങ്ങനെയാണ് ലേസർ വിതരണം ചെയ്യുന്നത്? ചെമ്പ് വയറുകളിലൂടെ വൈദ്യുതി കൊണ്ടുപോകാൻ കഴിയുമെന്ന് നമുക്കറിയാം, പക്ഷേ സാധാരണ ലോഹ വയറുകളിലൂടെ പ്രകാശം കൊണ്ടുപോകാൻ കഴിയില്ല. ഇതിനായി, ശാസ്ത്രജ്ഞർ പ്രകാശം കടത്തിവിടാൻ കഴിയുന്ന ഒരു ഫിലമെന്റ് വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്, അതിനെ ഫൈബർ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ പ്രത്യേക ഗ്ലാസ് വസ്തുക്കളാൽ നിർമ്മിച്ചതാണ്, വ്യാസം മനുഷ്യന്റെ മുടിയേക്കാൾ കനംകുറഞ്ഞതാണ്, സാധാരണയായി 50 മുതൽ 150 മൈക്രോൺ വരെ, വളരെ മൃദുവാണ്.

വാസ്തവത്തിൽ, ഫൈബറിന്റെ ആന്തരിക കോർ സുതാര്യമായ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഗ്ലാസിന്റെ ഉയർന്ന റിഫ്രാക്റ്റീവ് സൂചികയാണ്, പുറം കോട്ടിംഗ് കുറഞ്ഞ റിഫ്രാക്റ്റീവ് സൂചിക ഗ്ലാസ് അല്ലെങ്കിൽ പ്ലാസ്റ്റിക് കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്. അത്തരമൊരു ഘടന, ഒരു വശത്ത്, ആയിരക്കണക്കിന് വളവുകളും തിരിവുകളും ഫലിച്ചില്ലെങ്കിൽ പോലും, വാട്ടർ പൈപ്പിൽ മുന്നോട്ട് ഒഴുകുന്ന വെള്ളം പോലെ, വയറിൽ മുന്നോട്ട് വൈദ്യുതി കടത്തിവിടുന്നതുപോലെ, അകത്തെ കാമ്പിലൂടെ പ്രകാശം അപവർത്തനം ചെയ്യാൻ കഴിയും. മറുവശത്ത്, കുറഞ്ഞ റിഫ്രാക്റ്റീവ് സൂചിക കോട്ടിംഗിന് പ്രകാശം പുറത്തേക്ക് ഒഴുകുന്നത് തടയാൻ കഴിയും, വാട്ടർ പൈപ്പ് ചോർന്നൊലിക്കാത്തതുപോലെയും വയറിന്റെ ഇൻസുലേഷൻ പാളി വൈദ്യുതി കടത്തിവിടാത്തതുപോലെയും.

ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറിന്റെ രൂപം പ്രകാശം പകരുന്ന രീതി പരിഹരിക്കുന്നു, എന്നാൽ അത് ഉപയോഗിച്ച് ഏത് പ്രകാശവും വളരെ ദൂരത്തേക്ക് പകരാൻ കഴിയുമെന്ന് അർത്ഥമാക്കുന്നില്ല. ഉയർന്ന തെളിച്ചം, ശുദ്ധമായ നിറം, നല്ല ദിശാസൂചന ലേസർ എന്നിവ മാത്രമാണ് വിവരങ്ങൾ കൈമാറാൻ ഏറ്റവും അനുയോജ്യമായ പ്രകാശ സ്രോതസ്സ്, ഇത് ഫൈബറിന്റെ ഒരു അറ്റത്ത് നിന്നുള്ള ഇൻപുട്ടാണ്, മറ്റേ അറ്റത്ത് നിന്ന് മിക്കവാറും നഷ്ടമോ ഔട്ട്പുട്ടോ ഇല്ല. അതിനാൽ, ഒപ്റ്റിക്കൽ ആശയവിനിമയം അടിസ്ഥാനപരമായി ലേസർ ആശയവിനിമയമാണ്, ഇതിന് വലിയ ശേഷി, ഉയർന്ന നിലവാരം, വസ്തുക്കളുടെ വിശാലമായ ഉറവിടം, ശക്തമായ രഹസ്യാത്മകത, ഈട് മുതലായവയുടെ ഗുണങ്ങളുണ്ട്, കൂടാതെ ആശയവിനിമയ മേഖലയിലെ ഒരു വിപ്ലവമായി ശാസ്ത്രജ്ഞർ ഇതിനെ വാഴ്ത്തുന്നു, കൂടാതെ സാങ്കേതിക വിപ്ലവത്തിലെ ഏറ്റവും മികച്ച നേട്ടങ്ങളിൽ ഒന്നാണിത്.