1. लेजर उत्पादन का सिद्धांत
परमाणु संरचना एक छोटे सौर मंडल की तरह है, जिसके केंद्र में परमाणु नाभिक होता है। इलेक्ट्रॉन परमाणु नाभिक के चारों ओर लगातार घूमते रहते हैं, और परमाणु नाभिक भी लगातार घूमता रहता है।
नाभिक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बना होता है। प्रोटॉन धनात्मक आवेशित होते हैं और न्यूट्रॉन अनावेशित होते हैं। पूरे नाभिक पर मौजूद धनात्मक आवेशों की संख्या पूरे इलेक्ट्रॉनों पर मौजूद ऋणात्मक आवेशों की संख्या के बराबर होती है, इसलिए सामान्यतः परमाणु बाहरी वातावरण के लिए उदासीन होते हैं।
परमाणु के द्रव्यमान की बात करें तो, नाभिक में अधिकांश द्रव्यमान केंद्रित होता है, और सभी इलेक्ट्रॉनों द्वारा घेरा गया द्रव्यमान बहुत कम होता है। परमाणु संरचना में, नाभिक बहुत कम जगह घेरता है। इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर घूमते हैं, और इलेक्ट्रॉनों को सक्रियता के लिए बहुत अधिक स्थान मिलता है।
परमाणुओं में "आंतरिक ऊर्जा" होती है, जिसके दो भाग होते हैं: पहला, इलेक्ट्रॉनों की परिक्रमा गति और एक निश्चित गतिज ऊर्जा; दूसरा, ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉनों और धनात्मक आवेशित नाभिक के बीच की दूरी और एक निश्चित मात्रा में स्थितिज ऊर्जा। सभी इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा और स्थितिज ऊर्जा का योग पूरे परमाणु की ऊर्जा होती है, जिसे परमाणु की आंतरिक ऊर्जा कहते हैं।
सभी इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर घूमते हैं; कभी-कभी नाभिक के जितना करीब होते हैं, इन इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा उतनी ही कम होती है; कभी-कभी नाभिक से जितना दूर होते हैं, इन इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा उतनी ही अधिक होती है; इस संभावना के आधार पर, इलेक्ट्रॉन परत को विभिन्न "ऊर्जा स्तरों" में विभाजित किया जाता है; एक निश्चित "ऊर्जा स्तर" पर कई इलेक्ट्रॉन एक साथ परिक्रमा कर सकते हैं, और प्रत्येक इलेक्ट्रॉन की कोई निश्चित कक्षा नहीं होती, लेकिन इन सभी इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा का स्तर समान होता है; "ऊर्जा स्तर" एक दूसरे से पृथक होते हैं। जी हाँ, वे ऊर्जा स्तरों के आधार पर पृथक होते हैं। "ऊर्जा स्तर" की अवधारणा न केवल इलेक्ट्रॉनों को ऊर्जा के अनुसार स्तरों में विभाजित करती है, बल्कि इलेक्ट्रॉनों के परिक्रमा क्षेत्र को भी कई स्तरों में विभाजित करती है। संक्षेप में, एक परमाणु में कई ऊर्जा स्तर हो सकते हैं, और विभिन्न ऊर्जा स्तर अलग-अलग ऊर्जाओं के अनुरूप होते हैं; कुछ इलेक्ट्रॉन "निम्न ऊर्जा स्तर" पर परिक्रमा करते हैं और कुछ इलेक्ट्रॉन "उच्च ऊर्जा स्तर" पर परिक्रमा करते हैं।
आजकल, माध्यमिक विद्यालय की भौतिकी की पुस्तकों में कुछ परमाणुओं की संरचनात्मक विशेषताओं, प्रत्येक इलेक्ट्रॉन परत में इलेक्ट्रॉन वितरण के नियमों और विभिन्न ऊर्जा स्तरों पर इलेक्ट्रॉनों की संख्या को स्पष्ट रूप से दर्शाया गया है।
परमाणु प्रणाली में, इलेक्ट्रॉन मूलतः परतों में गति करते हैं, जिनमें कुछ परमाणु उच्च ऊर्जा स्तरों पर और कुछ निम्न ऊर्जा स्तरों पर होते हैं; क्योंकि परमाणु हमेशा बाहरी वातावरण (तापमान, विद्युत, चुंबकत्व) से प्रभावित होते हैं, उच्च ऊर्जा स्तर के इलेक्ट्रॉन अस्थिर होते हैं और स्वतः ही निम्न ऊर्जा स्तर पर स्थानांतरित हो जाते हैं। इसका प्रभाव अवशोषित हो सकता है, या यह विशेष उत्तेजना प्रभाव उत्पन्न कर सकता है और स्वतः उत्सर्जन का कारण बन सकता है। इसलिए, परमाणु प्रणाली में, जब उच्च ऊर्जा स्तर के इलेक्ट्रॉन निम्न ऊर्जा स्तरों पर स्थानांतरित होते हैं, तो दो प्रकार की प्रतिक्रियाएँ होती हैं: स्वतः उत्सर्जन और प्रेरित उत्सर्जन।
स्वतःस्फूर्त विकिरण में, उच्च-ऊर्जा अवस्थाओं में इलेक्ट्रॉन अस्थिर होते हैं और बाह्य वातावरण (तापमान, विद्युत, चुंबकत्व) से प्रभावित होकर स्वतः ही निम्न-ऊर्जा अवस्थाओं में स्थानांतरित हो जाते हैं, तथा अतिरिक्त ऊर्जा फोटॉनों के रूप में विकीर्ण होती है। इस प्रकार के विकिरण की विशेषता यह है कि प्रत्येक इलेक्ट्रॉन का संक्रमण स्वतंत्र रूप से और यादृच्छिक होता है। विभिन्न इलेक्ट्रॉनों के स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन की फोटॉन अवस्थाएँ भिन्न-भिन्न होती हैं। प्रकाश का स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन असंगत अवस्था में होता है और इसकी दिशाएँ बिखरी हुई होती हैं। यद्यपि, स्वतःस्फूर्त विकिरण में परमाणुओं के स्वयं के गुण होते हैं, और विभिन्न परमाणुओं के स्वतःस्फूर्त विकिरण के स्पेक्ट्रम भिन्न-भिन्न होते हैं। इस संदर्भ में, भौतिकी का एक मूलभूत सिद्धांत याद आता है, “किसी भी वस्तु में ऊष्मा विकीर्ण करने की क्षमता होती है, और वस्तु में विद्युत चुम्बकीय तरंगों को निरंतर अवशोषित और उत्सर्जित करने की क्षमता होती है। ऊष्मा द्वारा विकीर्ण विद्युत चुम्बकीय तरंगों का एक निश्चित स्पेक्ट्रम वितरण होता है। यह स्पेक्ट्रम वितरण वस्तु के गुणों और उसके तापमान से संबंधित होता है।” अतः, ऊष्मीय विकिरण के अस्तित्व का कारण परमाणुओं का स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन है।
उत्तेजित उत्सर्जन में, उच्च ऊर्जा स्तर के इलेक्ट्रॉन उपयुक्त परिस्थितियों में उत्पन्न फोटॉनों के "उत्तेजन" या "प्रेरण" के तहत निम्न ऊर्जा स्तर में संक्रमण करते हैं और आपतित फोटॉन के समान आवृत्ति का फोटॉन उत्सर्जित करते हैं। उत्तेजित विकिरण की सबसे बड़ी विशेषता यह है कि उत्तेजित विकिरण द्वारा उत्पन्न फोटॉनों की अवस्था ठीक वैसी ही होती है जैसी उत्तेजित विकिरण उत्पन्न करने वाले आपतित फोटॉनों की होती है। वे एक "सुसंगत" अवस्था में होते हैं। उनकी आवृत्ति और दिशा समान होती है, और उनमें अंतर करना पूरी तरह से असंभव है। इस प्रकार, एक फोटॉन एक ही उत्तेजित उत्सर्जन के माध्यम से दो समान फोटॉनों में परिवर्तित हो जाता है। इसका अर्थ है कि प्रकाश तीव्र या "प्रवर्धित" हो जाता है।
अब आइए फिर से विश्लेषण करें कि अधिक से अधिक बार उत्तेजित विकिरण प्राप्त करने के लिए किन परिस्थितियों की आवश्यकता होती है?
सामान्य परिस्थितियों में, उच्च ऊर्जा स्तरों में इलेक्ट्रॉनों की संख्या हमेशा निम्न ऊर्जा स्तरों में इलेक्ट्रॉनों की संख्या से कम होती है। यदि आप चाहते हैं कि परमाणु उत्तेजित विकिरण उत्पन्न करें, तो आपको उच्च ऊर्जा स्तरों में इलेक्ट्रॉनों की संख्या बढ़ानी होगी, इसलिए आपको एक "पंप स्रोत" की आवश्यकता होती है, जिसका उद्देश्य अधिक इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करना है। बहुत अधिक निम्न-ऊर्जा स्तर के इलेक्ट्रॉन उच्च-ऊर्जा स्तरों में चले जाते हैं, जिससे उच्च-ऊर्जा स्तर के इलेक्ट्रॉनों की संख्या निम्न-ऊर्जा स्तर के इलेक्ट्रॉनों की संख्या से अधिक हो जाती है और "कण संख्या का उलटफेर" हो जाता है। बहुत अधिक उच्च-ऊर्जा स्तर के इलेक्ट्रॉन बहुत कम समय तक ही रह सकते हैं। समय के साथ वे निम्न ऊर्जा स्तर पर चले जाते हैं, जिससे विकिरण के उत्तेजित उत्सर्जन की संभावना बढ़ जाती है।
बेशक, “पंप स्रोत” को अलग-अलग परमाणुओं के लिए सेट किया जाता है। यह इलेक्ट्रॉनों को “अनुनाद” में लाता है और कम ऊर्जा स्तर वाले इलेक्ट्रॉनों को उच्च ऊर्जा स्तरों पर जाने की अनुमति देता है। पाठक अब आसानी से समझ सकते हैं कि लेज़र क्या है? लेज़र कैसे उत्पन्न होता है? लेज़र एक विशिष्ट “पंप स्रोत” की क्रिया के तहत किसी वस्तु के परमाणुओं द्वारा “उत्तेजित” प्रकाश विकिरण है। यही लेज़र है।
पोस्ट करने का समय: 27 मई 2024
