सॉलिड-स्टेट लेजर: ऑपरेशन का सिद्धांत, अनुप्रयोग

2024 लेखक: Howard Calhoun | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 10:28

यह लेख दिखाता है कि मोनोक्रोमैटिक विकिरण के स्रोत क्या हैं और अन्य प्रकारों की तुलना में सॉलिड-स्टेट लेजर के क्या फायदे हैं। यह बताता है कि सुसंगत विकिरण कैसे उत्पन्न होता है, स्पंदित उपकरण अधिक शक्तिशाली क्यों होता है, उत्कीर्णन की आवश्यकता क्यों होती है। यह एक लेज़र के तीन आवश्यक तत्वों और यह कैसे काम करता है, इस पर भी चर्चा करता है।

जोन सिद्धांत

लेजर (सॉलिड-स्टेट, उदाहरण के लिए) कैसे काम करता है, इस बारे में बात करने से पहले, कुछ भौतिक मॉडलों पर विचार किया जाना चाहिए। सभी को स्कूली पाठों से याद है कि इलेक्ट्रॉन परमाणु नाभिक के चारों ओर कुछ कक्षाओं, या ऊर्जा स्तरों में स्थित होते हैं। अगर हमारे पास एक परमाणु नहीं, बल्कि कई हैं, यानी हम किसी भी वॉल्यूमेट्रिक बॉडी पर विचार करते हैं, तो एक कठिनाई उत्पन्न होती है।

पॉली सिद्धांत के अनुसार, किसी दिए गए शरीर में समान ऊर्जा के साथ केवल एक इलेक्ट्रॉन हो सकता है। इसके अलावा, रेत के सबसे छोटे दाने में भी बड़ी संख्या में परमाणु होते हैं। इस मामले में, प्रकृति ने एक बहुत ही सुंदर तरीका खोजा है - प्रत्येक की ऊर्जाइलेक्ट्रॉन पड़ोसी की ऊर्जा से बहुत कम, लगभग अप्रभेद्य मात्रा में भिन्न होता है। इस मामले में, समान स्तर के सभी इलेक्ट्रॉनों को एक ऊर्जा बैंड में "संपीड़ित" किया जाता है। जिस क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन नाभिक से सबसे दूर स्थित होते हैं, उसे संयोजकता क्षेत्र कहा जाता है। इसके बाद के क्षेत्र में उच्च ऊर्जा होती है। इसमें इलेक्ट्रॉन स्वतंत्र रूप से गति करते हैं और इसे चालन बैंड कहते हैं।

उत्सर्जन और अवशोषण

कोई भी लेजर (ठोस अवस्था, गैस, रसायन) एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन संक्रमण के सिद्धांतों पर काम करता है। यदि प्रकाश शरीर पर पड़ता है, तो फोटॉन इलेक्ट्रॉन को उच्च ऊर्जा अवस्था में रखने के लिए पर्याप्त शक्ति देता है। और इसके विपरीत: जब एक इलेक्ट्रॉन चालन बैंड से वैलेंस बैंड में जाता है, तो यह एक फोटॉन उत्सर्जित करता है। यदि पदार्थ अर्धचालक या ढांकता हुआ है, तो वैलेंस और चालन बैंड एक अंतराल से अलग हो जाते हैं जिसमें एक भी स्तर नहीं होता है। तदनुसार, इलेक्ट्रॉन नहीं हो सकते। इस अंतराल को बैंड गैप कहा जाता है। यदि फोटॉन में पर्याप्त ऊर्जा है, तो इलेक्ट्रॉन इस अंतराल पर कूदते हैं।

पीढ़ी

एक सॉलिड-स्टेट लेजर के संचालन का सिद्धांत इस तथ्य पर आधारित है कि किसी पदार्थ के बैंड गैप में एक तथाकथित व्युत्क्रम स्तर बनाया जाता है। इस स्तर पर एक इलेक्ट्रॉन का जीवनकाल चालन बैंड में बिताए गए समय से अधिक होता है। इस प्रकार, एक निश्चित अवधि में, यह उस पर है कि इलेक्ट्रॉन "जमा" करते हैं। इसे व्युत्क्रम जनसंख्या कहते हैं। जब पिछले इस तरह के एक स्तर बिंदीदारइलेक्ट्रॉनों, वांछित तरंग दैर्ध्य का एक फोटॉन गुजरता है, यह समान लंबाई और चरण की बड़ी संख्या में प्रकाश तरंगों की एक साथ पीढ़ी का कारण बनता है। यही है, हिमस्खलन में इलेक्ट्रॉन सभी एक साथ जमीनी अवस्था में गुजरते हैं, जिससे पर्याप्त उच्च शक्ति के मोनोक्रोमैटिक फोटॉन का एक बीम उत्पन्न होता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि पहले लेजर के डेवलपर्स की मुख्य समस्या पदार्थों के ऐसे संयोजन की खोज थी जिसके लिए स्तरों में से एक की उलटा आबादी संभव होगी। मिश्रधातु वाला माणिक पहला काम करने वाला पदार्थ बन गया।

लेजर संरचना

सॉलिड-स्टेट लेजर अपने मुख्य घटकों के मामले में अन्य प्रकारों से अलग नहीं है। कार्यशील निकाय, जिसमें किसी एक स्तर की व्युत्क्रम जनसंख्या की जाती है, किसी प्रकाश स्रोत से प्रकाशित होता है। इसे पम्पिंग कहते हैं। अक्सर यह एक साधारण गरमागरम लैंप या गैस डिस्चार्ज ट्यूब हो सकता है। काम कर रहे तरल पदार्थ के दो समानांतर सिरों (एक ठोस-अवस्था वाले लेजर का अर्थ है एक क्रिस्टल, एक गैस लेजर का अर्थ एक दुर्लभ माध्यम है) दर्पणों की एक प्रणाली, या एक ऑप्टिकल गुंजयमान यंत्र बनाते हैं। यह केवल उन फोटॉनों को बीम में एकत्रित करता है जो आउटलेट के समानांतर जाते हैं। सॉलिड-स्टेट लेज़र आमतौर पर फ्लैश लैंप के साथ पंप किए जाते हैं।

सॉलिड-स्टेट लेजर के प्रकार

लेजर बीम के बाहर निकलने के तरीके के आधार पर, निरंतर और स्पंदित लेज़रों को प्रतिष्ठित किया जाता है। उनमें से प्रत्येक आवेदन पाता है और इसकी अपनी विशेषताएं हैं। मुख्य अंतर यह है कि स्पंदित सॉलिड-स्टेट लेज़रों में उच्च शक्ति होती है। क्योंकि हर शॉट के लिएफोटॉन "संचित" लगते हैं, तो एक पल्स समान अवधि में निरंतर पीढ़ी की तुलना में अधिक ऊर्जा देने में सक्षम है। आवेग जितना छोटा होता है, प्रत्येक "शॉट" उतना ही अधिक शक्तिशाली होता है। फिलहाल, फीमेल्टोसेकंड लेजर का निर्माण तकनीकी रूप से संभव है। इसका एक आवेग लगभग 10-15 सेकंड तक रहता है। यह निर्भरता इस तथ्य से जुड़ी है कि ऊपर वर्णित बैक-पॉपुलेशन की प्रक्रियाएं बहुत कम, बहुत कम चलती हैं। लेज़र "शूट" से पहले प्रतीक्षा करने में जितना अधिक समय लगता है, उतने ही अधिक इलेक्ट्रॉनों के पास व्युत्क्रम स्तर को छोड़ने का समय होता है। तदनुसार, फोटॉन की सांद्रता और आउटपुट बीम की ऊर्जा कम हो जाती है।

लेजर उत्कीर्णन

धातु और कांच की चीजों की सतह पर पैटर्न व्यक्ति के दैनिक जीवन को सुशोभित करते हैं। उन्हें यंत्रवत्, रासायनिक रूप से या लेजर के साथ लागू किया जा सकता है। अंतिम विधि सबसे आधुनिक है। अन्य तरीकों की तुलना में इसके फायदे इस प्रकार हैं। चूंकि इलाज की जाने वाली सतह पर कोई सीधा प्रभाव नहीं पड़ता है, इसलिए पैटर्न या शिलालेख लगाने की प्रक्रिया में किसी चीज़ को नुकसान पहुंचाना लगभग असंभव है। लेजर बीम बहुत उथले खांचे को जलाता है: इस तरह की उत्कीर्णन वाली सतह चिकनी रहती है, जिसका अर्थ है कि चीज क्षतिग्रस्त नहीं है और लंबे समय तक चलेगी। धातु के मामले में, लेजर बीम पदार्थ की संरचना को बदल देता है, और शिलालेख कई वर्षों तक मिटाया नहीं जाएगा। यदि किसी चीज का उपयोग सावधानी से किया जाए, तेजाब में न डुबोया जाए और विकृत न किया जाए, तो कई पीढ़ियों तक उस पर पैटर्न निश्चित रूप से संरक्षित रहेगा। दो कारणों से उत्कीर्णन के लिए सॉलिड-स्टेट स्पंदित लेजर चुनना सबसे अच्छा है: सॉलिड-स्टेट प्रोसेसड्राइव करना आसान है, और यह शक्ति और कीमत के मामले में इष्टतम है।

स्थापना

उत्कीर्णन के लिए विशेष सेटिंग्स हैं। लेज़र के अलावा, उनमें मैकेनिकल गाइड होते हैं जिसके साथ लेज़र चलता है, और नियंत्रण उपकरण (कंप्यूटर)। मानव गतिविधि की कई शाखाओं में लेजर मशीन का उपयोग किया जाता है। ऊपर, हमने घरेलू सामानों को सजाने के बारे में बात की। व्यक्तिगत कटलरी, लाइटर, चश्मा, घड़ियां परिवार में लंबे समय तक रहेंगी और आपको खुशी के पलों की याद दिलाएंगी।

हालाँकि, न केवल घरेलू, बल्कि औद्योगिक वस्तुओं को भी लेजर उत्कीर्णन की आवश्यकता होती है। ऑटोमोबाइल जैसे बड़े कारखाने, भारी मात्रा में भागों का उत्पादन करते हैं: सैकड़ों हजारों या लाखों। ऐसे प्रत्येक तत्व को चिह्नित किया जाना चाहिए - इसे कब और किसने बनाया। लेजर उत्कीर्णन से बेहतर कोई तरीका नहीं है: चलती भागों पर भी संख्या, उत्पादन समय, सेवा जीवन लंबे समय तक रहेगा, जिसके लिए घर्षण का खतरा बढ़ जाता है। इस मामले में लेजर मशीन को बढ़ी हुई शक्ति, साथ ही सुरक्षा से अलग किया जाना चाहिए। आखिरकार, यदि उत्कीर्णन धातु के हिस्से की संपत्ति को एक प्रतिशत के अंश से भी बदल देता है, तो यह बाहरी प्रभावों के लिए अलग तरह से प्रतिक्रिया कर सकता है। उदाहरण के लिए, उस स्थान पर तोड़ें जहां शिलालेख लगाया गया है। हालांकि, घरेलू उपयोग के लिए, एक सरल और सस्ता इंस्टॉलेशन उपयुक्त है।