ലേസറുകളുടെ തലമുറ

ലേസറുകളുടെ തലമുറ
1916-ൽ ഐൻസ്റ്റീൻ തന്റെ "സ്പോണ്ടേനിയസ് ആൻഡ് സ്റ്റിമുലേറ്റഡ് എമിഷൻ" എന്ന സിദ്ധാന്തത്തിലൂടെ ലേസറുകളുടെ ഉത്പാദനം മുന്നോട്ടുവച്ചു. ഈ സിദ്ധാന്തം ആധുനിക ലേസർ സിസ്റ്റങ്ങളുടെ ഭൗതിക അടിത്തറയായി മാറുന്നു. ഫോട്ടോണുകളും ആറ്റങ്ങളും തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനം മൂന്ന് പരിവർത്തന പ്രക്രിയകളിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം: ഉത്തേജിത ആഗിരണം, സ്വയമേവയുള്ള എമിഷൻ, ഉത്തേജിത എമിഷൻ. ഉത്തേജിത എമിഷൻ നിലനിർത്താനും സ്ഥിരത കൈവരിക്കാനും കഴിയുന്നിടത്തോളം, ലേസറുകൾ ലഭിക്കും. അതിനാൽ, പ്രത്യേക ഉപകരണങ്ങൾ - ലേസറുകൾ - നിർമ്മിക്കണം. ലേസറിന്റെ ഘടന സാധാരണയായി മൂന്ന് പ്രധാന ഭാഗങ്ങൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു: പ്രവർത്തിക്കുന്ന പദാർത്ഥം, ഉത്തേജന ഉപകരണം, ഒപ്റ്റിക്കൽ റെസൊണേറ്റർ.

1. പ്രവർത്തന പദാർത്ഥം

ലേസറിൽ ലേസർ പ്രകാശം ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ കഴിയുന്ന പദാർത്ഥത്തെ പ്രവർത്തന പദാർത്ഥം എന്ന് വിളിക്കുന്നു. സാധാരണ സാഹചര്യങ്ങളിൽ, ഓരോ ഊർജ്ജ തലത്തിലും പദാർത്ഥത്തിലെ ആറ്റോമിക സംഖ്യകളുടെ വിതരണം ഒരു സാധാരണ വിതരണമാണ്. താഴ്ന്ന ഊർജ്ജ തലത്തിലെ ആറ്റങ്ങളുടെ എണ്ണം എല്ലായ്പ്പോഴും ഉയർന്ന ഊർജ്ജ തലത്തിലുള്ളതിനേക്കാൾ കൂടുതലാണ്. അതിനാൽ, പ്രകാശം പ്രകാശ പദാർത്ഥത്തിന്റെ സാധാരണ അവസ്ഥയിലൂടെ കടന്നുപോകുമ്പോൾ, ആഗിരണം പ്രക്രിയ പ്രബലമാണ്, പ്രകാശം എല്ലായ്പ്പോഴും ദുർബലമാകുന്നു. പ്രകാശ പദാർത്ഥത്തിലൂടെ കടന്നുപോയതിനുശേഷം പ്രകാശത്തെ ശക്തിപ്പെടുത്തുന്നതിനും പ്രകാശ വർദ്ധന കൈവരിക്കുന്നതിനും, ഉത്തേജിത ഉദ്‌വമനം പ്രബലമാക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്. ഉയർന്ന ഊർജ്ജ തലത്തിലുള്ള ആറ്റങ്ങളുടെ എണ്ണം താഴ്ന്ന ഊർജ്ജ തലത്തിലേക്കാൾ കൂടുതലാക്കുന്നതിന്, ഈ വിതരണം സാധാരണ വിതരണത്തിന് വിപരീതമാണ്, ഇതിനെ കണികാ സംഖ്യ വിപരീതം എന്ന് വിളിക്കുന്നു.
2. ആവേശ ഉപകരണം
താഴ്ന്ന ഊർജ്ജ തലത്തിലുള്ള ആറ്റങ്ങളെ ഉയർന്ന ഊർജ്ജ തലത്തിലേക്ക് ഉത്തേജിപ്പിക്കുക എന്നതാണ് ഉത്തേജന ഉപകരണത്തിന്റെ ധർമ്മം, അതുവഴി പ്രവർത്തന പദാർത്ഥത്തിന് ഒരു കണികാ സംഖ്യാ വിപരീതം കൈവരിക്കാൻ കഴിയും. പദാർത്ഥത്തിന്റെ ഊർജ്ജ തലങ്ങളിൽ ഗ്രൗണ്ട് അവസ്ഥയും ഉത്തേജിത അവസ്ഥയും, അതുപോലെ ഒരു മെറ്റാസ്റ്റബിൾ അവസ്ഥയും ഉൾപ്പെടുന്നു. മെറ്റാസ്റ്റബിൾ അവസ്ഥ ഗ്രൗണ്ട് അവസ്ഥയേക്കാൾ സ്ഥിരത കുറവാണ്, പക്ഷേ ഉത്തേജിത അവസ്ഥയേക്കാൾ വളരെ സ്ഥിരതയുള്ളതാണ്. താരതമ്യേന പറഞ്ഞാൽ, ആറ്റങ്ങൾക്ക് കൂടുതൽ സമയം മെറ്റാസ്റ്റബിൾ അവസ്ഥയിൽ തുടരാൻ കഴിയും. ഉദാഹരണത്തിന്, റൂബിയിലെ ക്രോമിയം അയോണുകൾക്ക് (Cr3+) 10-3 സെക്കൻഡ് എന്ന ക്രമത്തിൽ ആയുസ്സ് ഉള്ള ഒരു മെറ്റാസ്റ്റബിൾ അവസ്ഥയുണ്ട്. പ്രവർത്തന പദാർത്ഥം ഉത്തേജിതമാവുകയും കണികാ സംഖ്യാ വിപരീതം കൈവരിക്കുകയും ചെയ്ത ശേഷം, തുടക്കത്തിൽ, സ്വയമേവയുള്ള വികിരണം പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന ഫോട്ടോണുകളുടെ വ്യത്യസ്ത പ്രചാരണ ദിശകൾ കാരണം, ഉത്തേജിത വികിരണ ഫോട്ടോണുകൾക്കും വ്യത്യസ്ത പ്രചാരണ ദിശകളുണ്ട്, കൂടാതെ ഔട്ട്‌പുട്ടിലും ആഗിരണത്തിലും നിരവധി നഷ്ടങ്ങളുണ്ട്; സ്ഥിരതയുള്ള ലേസർ ഔട്ട്‌പുട്ട് സൃഷ്ടിക്കാൻ കഴിയില്ല. പ്രവർത്തന പദാർത്ഥത്തിന്റെ പരിമിതമായ അളവിൽ ഉത്തേജിത വികിരണം നിലനിൽക്കാൻ പ്രാപ്തമാക്കുന്നതിന്, പ്രകാശത്തിന്റെ തിരഞ്ഞെടുപ്പും ആംപ്ലിഫിക്കേഷനും നേടുന്നതിന് ഒരു ഒപ്റ്റിക്കൽ റെസൊണേറ്റർ ആവശ്യമാണ്.
3. ഒപ്റ്റിക്കൽ റെസൊണേറ്റർ
പ്രധാന അച്ചുതണ്ടിന് ലംബമായി, പ്രവർത്തിക്കുന്ന വസ്തുവിന്റെ രണ്ട് അറ്റത്തും സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്ന പരസ്പരം സമാന്തരമായി പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്ന ഒരു ജോഡി കണ്ണാടികളാണിത്. ഒരു അറ്റം ഒരു പൂർണ്ണ പ്രതിഫലന ദർപ്പണമാണ് (പ്രതിഫലന നിരക്ക് 100%), മറ്റേ അറ്റം ഭാഗികമായി സുതാര്യവും ഭാഗികമായി പ്രതിഫലിക്കുന്നതുമായ ദർപ്പണമാണ് (പ്രതിഫലന നിരക്ക് 90% മുതൽ 99% വരെ).
റെസൊണേറ്ററിന്റെ പ്രവർത്തനങ്ങൾ ഇവയാണ്: ① ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ സൃഷ്ടിക്കുകയും പരിപാലിക്കുകയും ചെയ്യുക; ② ഔട്ട്‌പുട്ട് ലൈറ്റിന്റെ ദിശ തിരഞ്ഞെടുക്കൽ; ③ ഔട്ട്‌പുട്ട് ലൈറ്റിന്റെ തരംഗദൈർഘ്യം തിരഞ്ഞെടുക്കൽ. ഒരു പ്രത്യേക പ്രവർത്തന പദാർത്ഥത്തിന്, വിവിധ ഘടകങ്ങൾ കാരണം, പുറത്തുവിടുന്ന യഥാർത്ഥ പ്രകാശ തരംഗദൈർഘ്യം അദ്വിതീയമല്ല, കൂടാതെ സ്പെക്ട്രത്തിന് ഒരു നിശ്ചിത വീതിയുമുണ്ട്. റെസൊണേറ്ററിന് ഒരു ഫ്രീക്വൻസി സെലക്ഷൻ റോൾ വഹിക്കാൻ കഴിയും, ഇത് ലേസറിന്റെ മോണോക്രോമാറ്റിറ്റി മികച്ചതാക്കുന്നു.