లేజర్ సూత్రం మరియు దాని అనువర్తనం

లేజర్ అనేది ప్రేరిత వికిరణ వృద్ధి మరియు అవసరమైన ఫీడ్‌బ్యాక్ ద్వారా సమాంతర, ఏకవర్ణ, సుసంగత కాంతి కిరణాలను ఉత్పత్తి చేసే ప్రక్రియ మరియు పరికరాన్ని సూచిస్తుంది. ప్రాథమికంగా, లేజర్ ఉత్పత్తికి మూడు అంశాలు అవసరం: ఒక "రెసోనేటర్," ఒక "గెయిన్ మీడియం," మరియు ఒక "పంపింగ్ సోర్స్."

ఎ. సూత్రం

ఒక పరమాణువు యొక్క చలన స్థితిని వివిధ శక్తి స్థాయిలుగా విభజించవచ్చు, మరియు పరమాణువు అధిక శక్తి స్థాయి నుండి తక్కువ శక్తి స్థాయికి మారినప్పుడు, అది సంబంధిత శక్తి గల ఫోటాన్‌లను విడుదల చేస్తుంది (దీనిని ఆకస్మిక వికిరణం అంటారు). అదేవిధంగా, ఒక ఫోటాన్ ఒక శక్తి స్థాయి వ్యవస్థపై పడి, దానిచే శోషించబడినప్పుడు, అది పరమాణువును తక్కువ శక్తి స్థాయి నుండి అధిక శక్తి స్థాయికి మారేలా చేస్తుంది (దీనిని ఉత్తేజిత శోషణ అంటారు); అప్పుడు, అధిక శక్తి స్థాయిలకు మారిన కొన్ని పరమాణువులు తక్కువ శక్తి స్థాయిలకు మారి ఫోటాన్‌లను విడుదల చేస్తాయి (దీనిని ప్రేరిత వికిరణం అంటారు). ఈ చలనాలు విడిగా జరగవు, కానీ తరచుగా సమాంతరంగా జరుగుతాయి. మనం సరైన మాధ్యమం, రెసొనేటర్, తగినంత బాహ్య విద్యుత్ క్షేత్రం వంటి పరిస్థితులను సృష్టించినప్పుడు, ప్రేరిత శోషణ కంటే ప్రేరిత వికిరణం ఎక్కువగా వృద్ధి చెందుతుంది, అప్పుడు సాధారణంగా, ఫోటాన్‌లు విడుదలవుతాయి, ఫలితంగా లేజర్ కాంతి ఏర్పడుతుంది.

బి. వర్గీకరణ

లేజర్‌ను ఉత్పత్తి చేసే మాధ్యమాన్ని బట్టి, లేజర్‌ను ద్రవ లేజర్, వాయు లేజర్ మరియు ఘన లేజర్‌గా విభజించవచ్చు. ప్రస్తుతం అత్యంత సాధారణ సెమీకండక్టర్ లేజర్ ఒక రకమైన ఘనస్థితి లేజర్.

సి. కూర్పు

చాలా లేజర్‌లు మూడు భాగాలతో కూడి ఉంటాయి: ఉత్తేజ వ్యవస్థ, లేజర్ పదార్థం మరియు ఆప్టికల్ రెసొనేటర్. ఉత్తేజ వ్యవస్థలు అంటే కాంతి, విద్యుత్ లేదా రసాయన శక్తిని ఉత్పత్తి చేసే పరికరాలు. ప్రస్తుతం, ఉపయోగించే ప్రధాన ప్రేరక సాధనాలు కాంతి, విద్యుత్ లేదా రసాయన చర్య. లేజర్ పదార్థాలు అంటే లేజర్ కాంతిని ఉత్పత్తి చేయగల పదార్థాలు, ఉదాహరణకు రూబీలు, బెరిలియం గ్లాస్, నియాన్ వాయువు, సెమీకండక్టర్లు, సేంద్రీయ రంగులు మొదలైనవి. ఆప్టికల్ రెసొనెన్స్ నియంత్రణ యొక్క పాత్ర ఏమిటంటే, వెలువడే లేజర్ యొక్క ప్రకాశాన్ని పెంచడం, లేజర్ యొక్క తరంగదైర్ఘ్యం మరియు దిశను సర్దుబాటు చేయడం మరియు ఎంచుకోవడం.

D. అప్లికేషన్

లేజర్‌ను ప్రధానంగా ఫైబర్ కమ్యూనికేషన్, లేజర్ రేంజింగ్, లేజర్ కటింగ్, లేజర్ ఆయుధాలు, లేజర్ డిస్క్ మొదలైన వాటిలో విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తారు.

E. చరిత్ర

1958లో, అమెరికన్ శాస్త్రవేత్తలైన జియావోలువో మరియు టౌన్స్ ఒక అద్భుతమైన దృగ్విషయాన్ని కనుగొన్నారు: వారు ఒక అరుదైన భూలోహ స్ఫటికంపై అంతర్గత లైట్ బల్బ్ నుండి వెలువడే కాంతిని ఉంచినప్పుడు, ఆ స్ఫటికంలోని అణువులు ప్రకాశవంతమైన, ఎల్లప్పుడూ కలిసి ఉండే బలమైన కాంతిని వెలువరిస్తాయి. ఈ దృగ్విషయం ఆధారంగా, వారు "లేజర్ సూత్రాన్ని" ప్రతిపాదించారు, అంటే, ఒక పదార్థాన్ని దాని అణువుల సహజ కంపన పౌనఃపున్యానికి సమానమైన శక్తితో ఉత్తేజపరిచినప్పుడు, అది వికేంద్రీకరించబడని ఈ బలమైన కాంతిని - లేజర్‌ను - ఉత్పత్తి చేస్తుంది. దీనికి సంబంధించి వారు ముఖ్యమైన పత్రాలను కనుగొన్నారు.

సియోలో మరియు టౌన్స్ పరిశోధన ఫలితాలు ప్రచురించబడిన తరువాత, వివిధ దేశాల శాస్త్రవేత్తలు అనేక ప్రయోగాత్మక ప్రణాళికలను ప్రతిపాదించారు, కానీ అవి విజయవంతం కాలేదు. 1960 మే 15న, కాలిఫోర్నియాలోని హ్యూస్ లాబొరేటరీ శాస్త్రవేత్త అయిన మేమాన్, తాను 0.6943 మైక్రాన్ల తరంగదైర్ఘ్యం గల లేజర్‌ను సాధించినట్లు ప్రకటించారు. మానవులు సాధించిన మొట్టమొదటి లేజర్ ఇదే కావడం గమనార్హం. తద్వారా, లేజర్‌లను ఆచరణాత్మక రంగంలోకి ప్రవేశపెట్టిన ప్రపంచంలోనే మొదటి శాస్త్రవేత్తగా మేమాన్ నిలిచారు.

1960 జూలై 7న, ప్రపంచంలోనే మొట్టమొదటి లేజర్ ఆవిర్భావం గురించి మేమన్ ప్రకటించారు. మేమన్ పథకం ప్రకారం, అధిక తీవ్రత గల ఫ్లాష్ ట్యూబ్‌ను ఉపయోగించి రూబీ స్ఫటికంలోని క్రోమియం పరమాణువులను ఉత్తేజపరిచి, తద్వారా అత్యంత సాంద్రీకరించబడిన సన్నని ఎరుపు కాంతి స్తంభాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తారు. దీనిని ఒక నిర్దిష్ట బిందువు వద్ద ప్రయోగించినప్పుడు, అది సూర్యుని ఉపరితలం కంటే అధిక ఉష్ణోగ్రతను చేరుకోగలదు.

సోవియట్ శాస్త్రవేత్త హెచ్. బాసోవ్ 1960లో సెమీకండక్టర్ లేజర్‌ను కనుగొన్నారు. సెమీకండక్టర్ లేజర్ నిర్మాణం సాధారణంగా P పొర, N పొర మరియు క్రియాశీల పొరతో కూడి ఉంటుంది, ఇవి డబుల్ హెటెరోజంక్షన్‌ను ఏర్పరుస్తాయి. దీని లక్షణాలు: చిన్న పరిమాణం, అధిక కప్లింగ్ సామర్థ్యం, ​​వేగవంతమైన ప్రతిస్పందన వేగం, ఆప్టికల్ ఫైబర్ పరిమాణానికి సరిపోయే తరంగదైర్ఘ్యం మరియు పరిమాణం, నేరుగా మాడ్యులేట్ చేయగలగడం, మంచి సంబద్ధత.

ఆరు, లేజర్ యొక్క కొన్ని ప్రధాన అనువర్తన దిశలు

F. లేజర్ కమ్యూనికేషన్

ఈ రోజుల్లో సమాచారాన్ని ప్రసారం చేయడానికి కాంతిని ఉపయోగించడం చాలా సాధారణం. ఉదాహరణకు, ఓడలు సమాచార మార్పిడి కోసం లైట్లను ఉపయోగిస్తాయి, మరియు ట్రాఫిక్ లైట్లు ఎరుపు, పసుపు, ఆకుపచ్చ రంగులను ఉపయోగిస్తాయి. కానీ సాధారణ కాంతిని ఉపయోగించి సమాచారాన్ని ప్రసారం చేసే ఈ పద్ధతులన్నీ కేవలం తక్కువ దూరాలకే పరిమితం కాగలవు. మీరు కాంతి ద్వారా నేరుగా సుదూర ప్రాంతాలకు సమాచారాన్ని ప్రసారం చేయాలనుకుంటే, మీరు సాధారణ కాంతిని కాకుండా, కేవలం లేజర్‌లను మాత్రమే ఉపయోగించగలరు.

మరి లేజర్‌ను ఎలా ప్రసారం చేస్తారు? రాగి తీగల ద్వారా విద్యుత్తును ప్రసరింపజేయవచ్చని మనకు తెలుసు, కానీ సాధారణ లోహపు తీగల ద్వారా కాంతిని ప్రసరింపజేయలేము. ఈ లక్ష్యంతో, శాస్త్రవేత్తలు కాంతిని ప్రసారం చేయగల ఒక ఫిలమెంట్‌ను అభివృద్ధి చేశారు, దీనిని ఆప్టికల్ ఫైబర్ అని పిలుస్తారు. ఆప్టికల్ ఫైబర్‌ను ప్రత్యేక గాజు పదార్థాలతో తయారు చేస్తారు, దీని వ్యాసం మానవ వెంట్రుక కంటే సన్నగా, సాధారణంగా 50 నుండి 150 మైక్రాన్ల వరకు ఉంటుంది మరియు ఇది చాలా మృదువుగా ఉంటుంది.

నిజానికి, ఫైబర్ యొక్క లోపలి భాగం అధిక వక్రీభవన సూచిక కలిగిన పారదర్శక ఆప్టికల్ గ్లాస్‌తోను, బయటి పూత తక్కువ వక్రీభవన సూచిక కలిగిన గ్లాస్ లేదా ప్లాస్టిక్‌తోను తయారు చేయబడి ఉంటుంది. ఇటువంటి నిర్మాణం, ఒకవైపు, నీటి పైపులో నీరు ముందుకు ప్రవహించినట్లు, తీగలో విద్యుత్ ముందుకు ప్రసరించినట్లు, వేలకొద్దీ మెలికలు, వంపులు ఉన్నప్పటికీ, కాంతిని లోపలి భాగం వెంబడి వక్రీభవనం చెందించగలదు; ఇది ఎలాంటి ప్రభావం చూపదు. మరోవైపు, నీటి పైపు లీక్ అవ్వనట్లు మరియు తీగ యొక్క ఇన్సులేషన్ పొర విద్యుత్‌ను ప్రసరింపజేయనట్లు, ఈ తక్కువ వక్రీభవన సూచిక పూత కాంతి బయటకు లీక్ అవ్వకుండా నిరోధించగలదు.

ఆప్టికల్ ఫైబర్ ఆవిర్భావం కాంతి ప్రసార మార్గాన్ని పరిష్కరించింది, కానీ దానితో ఏ కాంతినైనా చాలా దూరానికి ప్రసారం చేయవచ్చని దీని అర్థం కాదు. అధిక ప్రకాశం, స్వచ్ఛమైన రంగు, మంచి దిశానిర్దేశం గల లేజర్ మాత్రమే సమాచారాన్ని ప్రసారం చేయడానికి అత్యంత ఆదర్శవంతమైన కాంతి వనరు. ఇది ఫైబర్ యొక్క ఒక చివర నుండి దాదాపు నష్టం లేకుండా ఇన్‌పుట్ చేయబడి, మరొక చివర నుండి అవుట్‌పుట్ చేయబడుతుంది. అందువల్ల, ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ అనేది ముఖ్యంగా లేజర్ కమ్యూనికేషన్, దీనికి అధిక సామర్థ్యం, ​​అధిక నాణ్యత, విస్తృతమైన ముడి పదార్థాల లభ్యత, బలమైన గోప్యత, మన్నిక మొదలైన ప్రయోజనాలు ఉన్నాయి. దీనిని శాస్త్రవేత్తలు కమ్యూనికేషన్ రంగంలో ఒక విప్లవంగా కీర్తించారు మరియు ఇది సాంకేతిక విప్లవంలో అత్యంత అద్భుతమైన విజయాలలో ఒకటిగా నిలిచింది.