લેસર - ઉપકરણ અને કામગીરીના સિદ્ધાંત

કોઈ માધ્યમમાંથી પસાર થતી વખતે પ્રકાશનું સામાન્ય વર્તન

સામાન્ય રીતે, જ્યારે પ્રકાશ કોઈ માધ્યમમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે તેની તીવ્રતા ઘટે છે. આ એટેન્યુએશનનું સંખ્યાત્મક મૂલ્ય બોગુઅરના કાયદામાંથી શોધી શકાય છે:

આ સમીકરણમાં, માધ્યમમાં પ્રવેશતા અને બહાર નીકળતા પ્રકાશની તીવ્રતા ઉપરાંત, માધ્યમના રેખીય પ્રકાશ શોષણ ગુણાંક તરીકે ઓળખાતું પરિબળ પણ છે. પરંપરાગત ઓપ્ટિક્સમાં, આ ગુણાંક હંમેશા હકારાત્મક હોય છે.

નકારાત્મક પ્રકાશ શોષણ

જો કોઈ કારણોસર શોષણ ગુણાંક નકારાત્મક હોય તો શું? પછી શું? જ્યારે તે માધ્યમમાંથી પસાર થશે ત્યારે પ્રકાશનું એમ્પ્લીફિકેશન થશે; હકીકતમાં, માધ્યમ નકારાત્મક શોષણ બતાવશે.

આવા ચિત્રને જોવા માટેની શરતો કૃત્રિમ રીતે બનાવી શકાય છે. સૂચિત ઘટનાના અમલીકરણના માર્ગ સંબંધિત સૈદ્ધાંતિક ખ્યાલ 1939 માં સોવિયેત ભૌતિકશાસ્ત્રી વેલેન્ટિન એલેક્ઝાન્ડ્રોવિચ ફેબ્રિકન્ટ દ્વારા ઘડવામાં આવ્યો હતો.

તેમાંથી પસાર થતા કાલ્પનિક પ્રકાશ-એમ્પ્લીફિકેશન માધ્યમનું વિશ્લેષણ કરતી વખતે, ફેબ્રિકન્ટે પ્રકાશ-એમ્પ્લીફિકેશનના સિદ્ધાંતનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો. અને 1955 માંસોવિયેત ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ નિકોલાઈ ગેનાડીવિચ બાસોવ અને એલેક્ઝાન્ડર મિખાઈલોવિચ પ્રોખોરોવે આ ફેબ્રિકન્ટ વિચારને ઈલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સ્પેક્ટ્રમના રેડિયો ફ્રીક્વન્સી ક્ષેત્રે લાગુ કર્યો.

નકારાત્મક શોષણની શક્યતાની ભૌતિક બાજુને ધ્યાનમાં લો. આદર્શ સ્વરૂપમાં, અણુઓના ઉર્જા સ્તરોને રેખાઓ તરીકે રજૂ કરી શકાય છે - જેમ કે દરેક રાજ્યના અણુઓએ માત્ર E1 અને E2 ઊર્જાને સખત રીતે વ્યાખ્યાયિત કરી છે. આનો અર્થ એ છે કે જ્યારે રાજ્યથી રાજ્યમાં સંક્રમણ થાય છે, ત્યારે અણુ કાં તો ચોક્કસ રીતે વ્યાખ્યાયિત તરંગલંબાઇના વિશિષ્ટ રૂપે મોનોક્રોમેટિક પ્રકાશને ઉત્સર્જન કરે છે અથવા શોષી લે છે.

પરંતુ વાસ્તવિકતા આદર્શથી ઘણી દૂર છે, અને હકીકતમાં અણુઓના ઊર્જા સ્તરોની ચોક્કસ મર્યાદિત પહોળાઈ હોય છે, એટલે કે, તે ચોક્કસ મૂલ્યોની રેખાઓ નથી. તેથી, સ્તરો વચ્ચેના સંક્રમણો દરમિયાન, ઉત્સર્જિત અથવા શોષિત ફ્રીક્વન્સીઝ ડીવીની ચોક્કસ શ્રેણી પણ હશે, જે સંક્રમણ થાય છે તે ઊર્જા સ્તરોની પહોળાઈ પર આધાર રાખે છે. E1 અને E2 ના મૂલ્યોનો ઉપયોગ અણુના માત્ર મધ્યમ ઉર્જા સ્તરો દર્શાવવા માટે થઈ શકે છે.

તેથી, કારણ કે આપણે ધાર્યું છે કે E1 અને E2 એ ઉર્જા સ્તરોના મધ્યબિંદુઓ છે, આપણે આ બે અવસ્થાઓમાં એક અણુને ધ્યાનમાં લઈ શકીએ છીએ. ચાલો E2>E1. જ્યારે અણુ આ સ્તરો વચ્ચેથી પસાર થાય છે ત્યારે તે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનને શોષી શકે છે અથવા ઉત્સર્જન કરી શકે છે. ધારો કે, ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટ E1 માં હોવાથી, અણુ E2-E1 ઊર્જા સાથે બાહ્ય કિરણોત્સર્ગને શોષી લે છે અને ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં E2 પસાર કરે છે (આવા સંક્રમણની સંભાવના આઈન્સ્ટાઈન ગુણાંક B12 ના પ્રમાણસર છે).

E2 ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં હોવાથી, E2-E1 ઊર્જા સાથે બાહ્ય કિરણોત્સર્ગની ક્રિયા હેઠળનો પરમાણુ ઊર્જા E2-E1 સાથે ક્વોન્ટમ બહાર કાઢે છે અને ઊર્જા E1 સાથે ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટમાં સંક્રમણ કરવાની ફરજ પાડવામાં આવે છે (આવા સંક્રમણની સંભાવના પ્રમાણસર છે. આઈન્સ્ટાઈન ગુણાંક B21).

જો વોલ્યુમ સ્પેક્ટ્રલ ડેન્સિટી w (v) સાથે મોનોક્રોમેટિક રેડિયેશનનો સમાંતર બીમ એવા પદાર્થમાંથી પસાર થાય છે કે જેના સ્તરમાં એકમ ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તાર અને જાડાઈ dx હોય, તો તેની તીવ્રતા મૂલ્ય દ્વારા બદલાશે:

અહીં n1 એ E1 રાજ્યોમાં અણુઓની સાંદ્રતા છે, n2 એ E2 રાજ્યોમાં અણુઓની સાંદ્રતા છે.

સમીકરણની જમણી બાજુએ શરતોને બદલીને, B21 = B12 એમ ધારીને, અને પછી B21 માટે અભિવ્યક્તિને બદલીને, આપણે સાંકડી ઉર્જા સ્તરો પર પ્રકાશની તીવ્રતામાં ફેરફાર માટે સમીકરણ મેળવીએ છીએ:

વ્યવહારમાં, ઉપર સૂચવ્યા મુજબ, ઊર્જા સ્તરો અનંત સાંકડા નથી, તેથી તેમની પહોળાઈ ધ્યાનમાં લેવી આવશ્યક છે. રૂપાંતરણોના વર્ણન અને સૂત્રોના સમૂહ સાથે લેખમાં ગડબડ ન થાય તે માટે, અમે ફક્ત નોંધ કરીએ છીએ કે ફ્રીક્વન્સી રેન્જ દાખલ કરીને અને પછી x પર સંકલિત કરીને, અમે સરેરાશના વાસ્તવિક શોષણ ગુણાંકને શોધવા માટેના સૂત્ર સાથે સમાપ્ત થઈશું:

કારણ કે તે સ્પષ્ટ છે કે થર્મોડાયનેમિક સંતુલનની સ્થિતિમાં, નીચલી ઉર્જા અવસ્થા E1 માં અણુઓની સાંદ્રતા n1 હંમેશા ઉચ્ચ રાજ્ય E2 માં અણુઓની સાંદ્રતા n2 કરતાં વધુ હોય છે, સામાન્ય સ્થિતિમાં નકારાત્મક શોષણ અશક્ય છે, તેને વિસ્તૃત કરવું અશક્ય છે. કોઈપણ વધારાના પગલાં લીધા વિના માત્ર વાસ્તવિક વાતાવરણમાંથી પસાર થઈને પ્રકાશ...

નકારાત્મક શોષણ શક્ય બને તે માટે, એવી પરિસ્થિતિઓ બનાવવી જરૂરી છે જ્યારે ઉત્તેજિત રાજ્ય E2 માં અણુઓની સાંદ્રતા ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટ E1 માં અણુઓની સાંદ્રતા કરતા વધારે હશે, એટલે કે, તેને ગોઠવવું જરૂરી છે. તેમની ઉર્જા અવસ્થા અનુસાર માધ્યમમાં અણુઓનું વિપરીત વિતરણ.

પર્યાવરણના ઊર્જા પમ્પિંગની જરૂરિયાત

ઉર્જા સ્તરોની ઊંધી વસ્તીને ગોઠવવા માટે (એક સક્રિય માધ્યમ મેળવવા માટે) પમ્પિંગ (દા.ત. ઓપ્ટિકલ અથવા ઇલેક્ટ્રિકલ) નો ઉપયોગ થાય છે. ઓપ્ટિકલ પમ્પિંગમાં અણુઓ દ્વારા તેમના તરફ નિર્દેશિત રેડિયેશનનું શોષણ શામેલ છે, જેના કારણે આ અણુઓ ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં જાય છે.

ગેસ માધ્યમમાં વિદ્યુત પંમ્પિંગમાં ગેસ ડિસ્ચાર્જમાં ઇલેક્ટ્રોન સાથે અસ્થિર અથડામણ દ્વારા અણુઓના ઉત્તેજનાનો સમાવેશ થાય છે. ફેબ્રિકન્ટના મતે, અણુઓની કેટલીક ઓછી-ઊર્જા અવસ્થાઓ પરમાણુ અશુદ્ધિઓ દ્વારા દૂર કરવી આવશ્યક છે.

બે-સ્તરના માધ્યમમાં ઓપ્ટિકલ પમ્પિંગનો ઉપયોગ કરીને સક્રિય માધ્યમ મેળવવું વ્યવહારીક રીતે અશક્ય છે, કારણ કે જથ્થાત્મક રીતે રાજ્ય E1 થી રાજ્ય E2 અને તેનાથી વિપરીત (!) એકમ સમય દીઠ અણુઓનું સંક્રમણ સમકક્ષ હશે, જેનો અર્થ છે કે ઓછામાં ઓછી ત્રણ-સ્તરની સિસ્ટમનો આશરો લેવો જરૂરી છે.

ત્રણ-તબક્કાની પમ્પિંગ સિસ્ટમનો વિચાર કરો. ફોટોન ઉર્જા E3-E1 સાથેના બાહ્ય કિરણોત્સર્ગને માધ્યમ પર કાર્ય કરવા દો જ્યારે માધ્યમમાંના અણુઓ રાજ્યમાંથી ઊર્જા E1 સાથે રાજ્યમાં E3 ઊર્જા સાથે પસાર થાય છે. E3 ઉર્જા અવસ્થામાંથી, E2 રાજ્ય અને E1 માં સ્વયંસ્ફુરિત સંક્રમણો શક્ય છે. ઊંધી વસ્તી મેળવવા માટે (જ્યારે આપેલ માધ્યમમાં E2 સ્તર સાથે વધુ અણુઓ હોય છે), E2 સ્તરને E3 કરતા વધુ લાંબું બનાવવું જરૂરી છે. આ માટે, નીચેની શરતોનું પાલન કરવું મહત્વપૂર્ણ છે:

આ શરતોના પાલનનો અર્થ એ થશે કે E2 રાજ્યમાં અણુઓ લાંબા સમય સુધી રહે છે, એટલે કે, E3 થી E1 અને E3 થી E2 સુધી સ્વયંસ્ફુરિત સંક્રમણોની સંભાવના E2 થી E1 સુધી સ્વયંસ્ફુરિત સંક્રમણોની સંભાવના કરતાં વધી જાય છે. પછી E2 સ્તર લાંબા સમય સુધી ટકી રહેશે, અને E2 સ્તર પર આવી સ્થિતિને મેટાસ્ટેબલ કહી શકાય. તેથી, જ્યારે આવર્તન સાથેનો પ્રકાશ v = (E3 — E1) / h આવા સક્રિય માધ્યમમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે આ પ્રકાશ વિસ્તૃત થશે. એ જ રીતે, ચાર-સ્તરની સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરી શકાય છે, પછી E3 સ્તર મેટાસ્ટેબલ હશે.

લેસર ઉપકરણ

આમ, લેસરમાં ત્રણ મુખ્ય ઘટકોનો સમાવેશ થાય છે: એક સક્રિય માધ્યમ (જેમાં અણુઓના ઉર્જા સ્તરનું વસ્તી વ્યુત્ક્રમ બનાવવામાં આવે છે), એક પમ્પિંગ સિસ્ટમ (વસ્તી વ્યુત્ક્રમ મેળવવા માટેનું ઉપકરણ) અને ઓપ્ટિકલ રેઝોનેટર (જે રેડિયેશનને વિસ્તૃત કરે છે. ઘણી વખત અને આઉટપુટનો નિર્દેશિત બીમ બનાવે છે). સક્રિય માધ્યમ ઘન, પ્રવાહી, ગેસ અથવા પ્લાઝ્મા હોઈ શકે છે.

પમ્પિંગ સતત અથવા સ્પંદિત કરવામાં આવે છે. સતત પંમ્પિંગ સાથે, માધ્યમના ઓવરહિટીંગ અને આ ઓવરહિટીંગના પરિણામો દ્વારા માધ્યમનો પુરવઠો મર્યાદિત છે. સ્પંદનીય પમ્પિંગમાં, દરેક વ્યક્તિગત નાડીની મોટી શક્તિને કારણે માધ્યમમાં પીસમીલ દાખલ કરવામાં આવતી ઉપયોગી ઊર્જા વધુ પ્રાપ્ત થાય છે.

વિવિધ લેસરો — અલગ પંમ્પિંગ

સોલિડ-સ્ટેટ લેસરોને શક્તિશાળી ગેસ-ડિસ્ચાર્જ ફ્લૅશ, કેન્દ્રિત સૂર્યપ્રકાશ અથવા અન્ય લેસર વડે કાર્યકારી માધ્યમને ઇરેડિયેટ કરીને પમ્પ કરવામાં આવે છે. આ હંમેશા પલ્સ્ડ પમ્પિંગ છે કારણ કે પાવર એટલો ઊંચો હોય છે કે સતત ક્રિયા હેઠળ વર્ક રોડ તૂટી જાય છે.

પ્રવાહી અને ગેસ લેસરોને ઇલેક્ટ્રિકલ ડિસ્ચાર્જ સાથે પમ્પ કરવામાં આવે છે.રાસાયણિક લેસરો તેમના સક્રિય માધ્યમમાં રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓની ઘટનાને ધારે છે, જેના પરિણામે અણુઓની ઊંધી વસ્તી પ્રતિક્રિયાના ઉત્પાદનોમાંથી અથવા યોગ્ય સ્તરની રચના સાથે વિશેષ અશુદ્ધિઓમાંથી મેળવવામાં આવે છે.

સેમિકન્ડક્ટર લેસરોને pn જંકશન દ્વારા અથવા ઇલેક્ટ્રોન બીમ દ્વારા ફોરવર્ડ કરંટ દ્વારા પમ્પ કરવામાં આવે છે. વધુમાં, ફોટોડિસોસિએશન અથવા ગેસ ડાયનેમિક પદ્ધતિ (ગરમ વાયુઓની અચાનક ઠંડક) જેવી પમ્પિંગ પદ્ધતિઓ છે.

ઓપ્ટિકલ રેઝોનેટર - લેસરનું હૃદય

ઓપ્ટિકલ રેઝોનેટર એ અરીસાઓની જોડીની સિસ્ટમ છે, સૌથી સરળ કિસ્સામાં, બે અરીસાઓ (અંતર્મુખ અથવા સમાંતર) એકબીજાની વિરુદ્ધ નિશ્ચિત હોય છે, અને તેમની વચ્ચે સામાન્ય ઓપ્ટિકલ અક્ષ સાથે સ્ફટિકના રૂપમાં સક્રિય માધ્યમ હોય છે. ગેસ સાથે ક્યુવેટ. માધ્યમ દ્વારા એક ખૂણા પર પસાર થતા ફોટોન તેને બાજુ પર છોડી દે છે, અને જે અક્ષ સાથે ફરતા હોય છે, ઘણી વખત પ્રતિબિંબિત થાય છે, તે વિસ્તૃત થાય છે અને અર્ધપારદર્શક અરીસા દ્વારા બહાર નીકળી જાય છે.

આ લેસર રેડિયેશન ઉત્પન્ન કરે છે - સુસંગત ફોટોનનો બીમ - એક કડક નિર્દેશિત બીમ. અરીસાઓ વચ્ચેના પ્રકાશના એક માર્ગ દરમિયાન, લાભની તીવ્રતા ચોક્કસ થ્રેશોલ્ડ કરતાં વધી જવી જોઈએ - બીજા અરીસા દ્વારા રેડિયેશનની ખોટની માત્રા (અરીસો જેટલો બહેતર પ્રસારિત કરે છે, આ થ્રેશોલ્ડ વધારે હોવો જોઈએ).

પ્રકાશ એમ્પ્લીફિકેશનને અસરકારક રીતે હાથ ધરવા માટે, સક્રિય માધ્યમની અંદર પ્રકાશના માર્ગને વધારવો જ જરૂરી નથી, પરંતુ એ પણ સુનિશ્ચિત કરવું જરૂરી છે કે રેઝોનેટરમાંથી બહાર નીકળતા તરંગો એકબીજા સાથે તબક્કામાં હોય, તો પછી દખલ કરતી તરંગો અસર કરશે. મહત્તમ શક્ય કંપનવિસ્તાર.

આ ધ્યેય હાંસલ કરવા માટે, તે જરૂરી છે કે રેઝોનેટરમાંના દરેક તરંગો સ્રોત અરીસા પરના બિંદુ પર પાછા ફરે છે અને સામાન્ય રીતે, સક્રિય માધ્યમના કોઈપણ બિંદુએ, સંપૂર્ણ પ્રતિબિંબની મનસ્વી સંખ્યા પછી પ્રાથમિક તરંગ સાથે તબક્કામાં હોય છે. . આ ત્યારે શક્ય છે જ્યારે બે વળતર વચ્ચેના તરંગ દ્વારા પ્રવાસ કરાયેલો ઓપ્ટિકલ પાથ આ સ્થિતિને સંતોષે છે:

જ્યાં m પૂર્ણાંક છે, આ કિસ્સામાં તબક્કા તફાવત 2P નો ગુણાંક હશે:

હવે, દરેક તરંગો પાછલા એક કરતા 2pi દ્વારા તબક્કામાં અલગ હોવાથી, આનો અર્થ એ છે કે રેઝોનેટરમાંથી બહાર નીકળતા તમામ તરંગો એક બીજા સાથે તબક્કામાં હશે, મહત્તમ કંપનવિસ્તાર દખલ આપશે. રેઝોનેટરમાં આઉટપુટ પર લગભગ મોનોક્રોમેટિક સમાંતર રેડિયેશન હશે.

રેઝોનેટરની અંદરના અરીસાઓનું સંચાલન રેઝોનેટરની અંદરના સ્થાયી તરંગોને અનુરૂપ સ્થિતિઓનું એમ્પ્લીફિકેશન પ્રદાન કરશે; અન્ય મોડ્સ (વાસ્તવિક પરિસ્થિતિઓની વિચિત્રતાને કારણે ઉદ્ભવતા) નબળા થઈ જશે.

રૂબી લેસર - પ્રથમ નક્કર સ્થિતિ

પ્રથમ સોલિડ-સ્ટેટ ઉપકરણ 1960 માં અમેરિકન ભૌતિકશાસ્ત્રી થિયોડોર મેમન દ્વારા બનાવવામાં આવ્યું હતું. તે રૂબી લેસર હતું (રુબી — Al2O3, જ્યાં કેટલીક જાળીની જગ્યાઓ — 0.5% ની અંદર — ટ્રિપ્લી આયનાઈઝ્ડ ક્રોમિયમ દ્વારા બદલવામાં આવે છે; વધુ ક્રોમિયમ, રૂબી ક્રિસ્ટલનો રંગ ઘાટો).

1960 માં ડો. ટેડ મેમેન દ્વારા ડિઝાઇન કરાયેલ પ્રથમ સફળ કાર્યકારી લેસર.

4 થી 20 મીમીના વ્યાસ અને 30 થી 200 મીમીની લંબાઇ સાથે સૌથી વધુ સજાતીય ક્રિસ્ટલથી બનેલું રૂબી સિલિન્ડર, આના કાળજીપૂર્વક પોલિશ્ડ છેડા પર લાગુ ચાંદીના સ્તરોના સ્વરૂપમાં બનેલા બે અરીસાઓ વચ્ચે મૂકવામાં આવે છે. સિલિન્ડર સર્પાકાર આકારનો ગેસ ડિસ્ચાર્જ લેમ્પ તેની સમગ્ર લંબાઈ સાથે સિલિન્ડરને ઘેરે છે અને કેપેસિટર દ્વારા ઉચ્ચ વોલ્ટેજ સાથે પૂરો પાડવામાં આવે છે.

જ્યારે દીવો ચાલુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે રૂબી તીવ્રપણે ઇરેડિયેટ થાય છે, જ્યારે ક્રોમિયમ અણુઓ સ્તર 1 થી સ્તર 3 તરફ જાય છે (તેઓ 10-7 સેકંડથી ઓછા સમય માટે આ ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં હોય છે), આ તે છે જ્યાં સંક્રમણ થવાની સંભાવના છે. સ્તર 2 સાકાર થાય છે — મેટાસ્ટેબલ સ્તર સુધી. અતિશય ઊર્જા રૂબી ક્રિસ્ટલ જાળીમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે. સ્તર 3 થી સ્તર 1 સુધી સ્વયંસ્ફુરિત સંક્રમણો નજીવા છે.

સ્તર 2 થી સ્તર 1 માં સંક્રમણ પસંદગીના નિયમો દ્વારા પ્રતિબંધિત છે, તેથી આ સ્તરનો સમયગાળો લગભગ 10-3 સેકન્ડનો છે, જે સ્તર 3 કરતાં 10,000 ગણો લાંબો છે, પરિણામે, સ્તર 2 સાથે રુબીમાં અણુઓ એકઠા થાય છે — આ સ્તર 2 ની વિપરીત વસ્તી છે.

સ્વયંસ્ફુરિત સંક્રમણો દરમિયાન સ્વયંભૂ ઉદ્ભવતા, ફોટોન સ્તર 2 થી સ્તર 1 સુધી બળજબરીથી સંક્રમણોનું કારણ બની શકે છે અને ગૌણ ફોટોનના હિમપ્રપાતને ઉત્તેજિત કરી શકે છે, પરંતુ આ સ્વયંસ્ફુરિત સંક્રમણો રેન્ડમ હોય છે અને તેમના ફોટોન અસ્તવ્યસ્ત રીતે પ્રચાર કરે છે, મોટે ભાગે તેની સાઇડવૉલ દ્વારા રેઝોનેટરને છોડી દે છે.

પરંતુ જે ફોટોન ધરીને અથડાવે છે તે અરીસાઓમાંથી બહુવિધ પ્રતિબિંબમાંથી પસાર થાય છે, એક સાથે ગૌણ ફોટોનનું બળજબરીપૂર્વક ઉત્સર્જન કરે છે, જે ફરીથી ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનને ઉત્તેજિત કરે છે, વગેરે. આ ફોટોન પ્રાથમિકની જેમ જ દિશામાં આગળ વધશે અને ક્રિસ્ટલની ધરી સાથેનો પ્રવાહ હિમપ્રપાતની જેમ વધશે.

ફોટોનનો ગુણાકાર પ્રવાહ રેઝોનેટરના બાજુના અર્ધપારદર્શક અરીસામાંથી પ્રચંડ તીવ્રતાના સખત દિશાત્મક પ્રકાશ કિરણના રૂપમાં બહાર નીકળી જશે. રૂબી લેસર 694.3 એનએમની તરંગલંબાઇ પર કાર્ય કરે છે, જ્યારે પલ્સ પાવર 109 ડબ્લ્યુ સુધી હોઈ શકે છે.

હિલીયમ સાથે નિયોન લેસર

હિલીયમ-નિયોન (હિલીયમ/નિયોન = 10/1) લેસર એ સૌથી લોકપ્રિય ગેસ લેસરોમાંનું એક છે. ગેસ મિશ્રણમાં દબાણ લગભગ 100 Pa છે.નિયોન સક્રિય ગેસ તરીકે સેવા આપે છે, તે સતત મોડમાં 632.8 એનએમની તરંગલંબાઇ સાથે ફોટોન ઉત્પન્ન કરે છે. હિલીયમનું કાર્ય નિયોનના ઉપલા ઉર્જા સ્તરોમાંથી એકથી વિપરીત વસ્તી બનાવવાનું છે. આવા લેસરની સ્પેક્ટ્રમ પહોળાઈ લગભગ 5 * 10-3 Hz સુસંગતતા લંબાઈ 6 * 1011 મીટર, સુસંગતતા સમય 2 * 103 ° સે છે.

જ્યારે હિલીયમ-નિયોન લેસરને પમ્પ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ વિદ્યુત સ્રાવ હિલીયમ અણુઓને E2 સ્તરની મેટાસ્ટેબલ ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં સંક્રમણને પ્રેરિત કરે છે. આ હિલીયમ પરમાણુ E1 ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટમાં નિયોન અણુઓ સાથે અસ્પષ્ટ રીતે અથડાતા હોય છે, તેમની ઊર્જાને સ્થાનાંતરિત કરે છે. નિયોનના E4 સ્તરની ઊર્જા હિલીયમના E2 સ્તર કરતાં 0.05 eV વધારે છે. ઊર્જાના અભાવને અણુ અથડામણની ગતિ ઊર્જા દ્વારા સરભર કરવામાં આવે છે. પરિણામે, નિયોનના E4 સ્તર પર, E3 સ્તરના સંદર્ભમાં ઊંધી વસ્તી પ્રાપ્ત થાય છે.

આધુનિક લેસરોના પ્રકાર

સક્રિય માધ્યમની સ્થિતિ અનુસાર, લેસરોને વિભાજિત કરવામાં આવે છે: ઘન, પ્રવાહી, ગેસ, સેમિકન્ડક્ટર અને ક્રિસ્ટલ પણ. પંમ્પિંગ પદ્ધતિ અનુસાર, તેઓ હોઈ શકે છે: ઓપ્ટિકલ, રાસાયણિક, ગેસ સ્રાવ. પેઢીની પ્રકૃતિ દ્વારા, લેસરોને વિભાજિત કરવામાં આવે છે: સતત અને સ્પંદિત. આ પ્રકારના લેસરો ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સ્પેક્ટ્રમની દૃશ્યમાન શ્રેણીમાં કિરણોત્સર્ગનું ઉત્સર્જન કરે છે.

ઓપ્ટિકલ લેસરો અન્ય કરતા પાછળથી દેખાયા. તેઓ નજીકની-ઇન્ફ્રારેડ શ્રેણીમાં રેડિયેશન પેદા કરવામાં સક્ષમ છે, આવા કિરણોત્સર્ગ (8 માઇક્રોન સુધીની તરંગલંબાઇ પર) ઓપ્ટિકલ સંચાર માટે ખૂબ જ યોગ્ય છે. ઓપ્ટિકલ લેસરોમાં એક ફાઇબર હોય છે જેમાંથી યોગ્ય દુર્લભ પૃથ્વી તત્વોના ઘણા આયનો દાખલ કરવામાં આવ્યા છે.

પ્રકાશ માર્ગદર્શિકા, અન્ય પ્રકારના લેસરોની જેમ, અરીસાઓની જોડી વચ્ચે સ્થાપિત થયેલ છે.પંમ્પિંગ માટે, જરૂરી તરંગલંબાઇ સાથે લેસર રેડિયેશન ફાઇબરમાં ખવડાવવામાં આવે છે, જેથી દુર્લભ પૃથ્વી તત્વોના આયનો તેની ક્રિયા હેઠળ ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં પસાર થાય છે. નીચી ઉર્જા અવસ્થામાં પાછા ફરતા, આ આયનો પ્રારંભિક લેસર કરતા વધુ લાંબી તરંગલંબાઇ સાથે ફોટોન ઉત્સર્જન કરે છે.

આ રીતે, ફાઇબર લેસર પ્રકાશના સ્ત્રોત તરીકે કાર્ય કરે છે. તેની આવર્તન ઉમેરવામાં આવેલા દુર્લભ પૃથ્વી તત્વોના પ્રકાર પર આધારિત છે. ફાઇબર પોતે હેવી મેટલ ફ્લોરાઇડથી બનેલું છે, જે ઇન્ફ્રારેડ રેન્જની આવર્તન પર લેસર રેડિયેશનની કાર્યક્ષમ પેઢીમાં પરિણમે છે.

એક્સ-રે લેસરો સ્પેક્ટ્રમની વિરુદ્ધ બાજુ પર કબજો કરે છે — અલ્ટ્રાવાયોલેટ અને ગામા વચ્ચે — આ 10-7 થી 10-12 મીટરની તરંગલંબાઇ સાથે તીવ્રતાના ક્રમ છે. આ પ્રકારના લેસરોમાં તમામ પ્રકારના લેસરોની પલ્સ બ્રાઇટનેસ સૌથી વધુ હોય છે.

પ્રથમ એક્સ-રે લેસર 1985 માં યુએસએમાં લિવરમોર લેબોરેટરીમાં બનાવવામાં આવ્યું હતું. લોરેન્સ. સેલેનિયમ આયનો પર ઉત્પન્ન થયેલ લેસર, તરંગલંબાઇ શ્રેણી 18.2 થી 26.3 એનએમ છે, અને સૌથી વધુ તેજ 20.63 એનએમની તરંગલંબાઇ રેખા પર પડે છે. આજે, એલ્યુમિનિયમ આયનો સાથે 4.6 એનએમની તરંગલંબાઇ સાથે લેસર રેડિયેશન પ્રાપ્ત કરવામાં આવ્યું છે.

એક્સ-રે લેસર 100 ps થી 10 એનએસની અવધિ સાથે કઠોળ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે, જે પ્લાઝ્મા રચનાના જીવનકાળ પર આધાર રાખે છે.

હકીકત એ છે કે એક્સ-રે લેસરનું સક્રિય માધ્યમ અત્યંત આયનોઇઝ્ડ પ્લાઝ્મા છે, જે મેળવવામાં આવે છે, ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે યટ્રિઅમ અને સેલેનિયમની પાતળી ફિલ્મને દૃશ્યમાન અથવા ઇન્ફ્રારેડ સ્પેક્ટ્રમમાં ઉચ્ચ-શક્તિવાળા લેસર સાથે ઇરેડિયેટ કરવામાં આવે છે.

પલ્સમાં એક્સ-રે લેસરની ઉર્જા 10 mJ સુધી પહોંચે છે, જ્યારે બીમમાં કોણીય વિચલન આશરે 10 મિલિરેડિયન છે. ડાયરેક્ટ રેડિયેશન અને પંપ પાવરનો ગુણોત્તર લગભગ 0.00001 છે.