લેસર અને તેની પ્રોસેસિંગ સિસ્ટમ

1. લેસર જનરેશનનો સિદ્ધાંત

અણુ માળખું એક નાના સૌરમંડળ જેવું છે, જેમાં મધ્યમાં અણુ ન્યુક્લિયસ છે. ઇલેક્ટ્રોન સતત અણુ ન્યુક્લિયસની આસપાસ ફરે છે, અને અણુ ન્યુક્લિયસ પણ સતત ફરે છે.

ન્યુક્લિયસ પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનથી બનેલું છે. પ્રોટોન સકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ છે અને ન્યુટ્રોન અનચાર્જ થયેલ છે. સમગ્ર ન્યુક્લિયસ દ્વારા વહન કરવામાં આવતા સકારાત્મક ચાર્જની સંખ્યા સમગ્ર ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા વહન કરવામાં આવતા નકારાત્મક ચાર્જની સંખ્યા જેટલી હોય છે, તેથી સામાન્ય રીતે અણુઓ બહારની દુનિયા માટે તટસ્થ હોય છે.

જ્યાં સુધી અણુના દળનો સંબંધ છે ત્યાં સુધી, ન્યુક્લિયસ અણુના મોટા ભાગના દળને કેન્દ્રિત કરે છે, અને બધા ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા કબજે કરેલું દળ ખૂબ નાનું છે. અણુ બંધારણમાં, ન્યુક્લિયસ માત્ર એક નાની જગ્યા રોકે છે. ઇલેક્ટ્રોન ન્યુક્લિયસની આસપાસ ફરે છે, અને ઇલેક્ટ્રોન પ્રવૃત્તિ માટે ઘણી મોટી જગ્યા ધરાવે છે.

અણુઓમાં "આંતરિક ઉર્જા" હોય છે, જેમાં બે ભાગો હોય છે: એક એ કે ઈલેક્ટ્રોનની પરિભ્રમણ ગતિ અને ચોક્કસ ગતિ ઊર્જા હોય છે; બીજું એ છે કે નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા ઈલેક્ટ્રોન અને સકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા ન્યુક્લિયસ વચ્ચેનું અંતર છે, અને સંભવિત ઊર્જાની ચોક્કસ માત્રા છે. તમામ ઇલેક્ટ્રોનની ગતિ ઊર્જા અને સંભવિત ઊર્જાનો સરવાળો એ સમગ્ર અણુની ઊર્જા છે, જેને અણુની આંતરિક ઊર્જા કહેવામાં આવે છે.

બધા ઇલેક્ટ્રોન ન્યુક્લિયસની આસપાસ ફરે છે; ક્યારેક ન્યુક્લિયસની નજીક, આ ઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જા ઓછી હોય છે; કેટલીકવાર ન્યુક્લિયસથી વધુ દૂર, આ ઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જા મોટી હોય છે; ઘટનાની સંભાવના અનુસાર, લોકો ઈલેક્ટ્રોન સ્તરને અલગ અલગ ” “એનર્જી લેવલ”માં વિભાજિત કરે છે; ચોક્કસ "એનર્જી લેવલ" પર, વારંવાર ફરતા બહુવિધ ઈલેક્ટ્રોન હોઈ શકે છે, અને દરેક ઈલેક્ટ્રોનની કોઈ નિશ્ચિત ભ્રમણકક્ષા હોતી નથી, પરંતુ આ બધા ઈલેક્ટ્રોન્સમાં સમાન સ્તરની ઉર્જા હોય છે; "ઊર્જા સ્તરો" એકબીજાથી અલગ છે. હા, તેઓ ઉર્જા સ્તરો અનુસાર અલગ છે. "ઊર્જા સ્તર" ની વિભાવના માત્ર ઇલેક્ટ્રોનને ઊર્જા અનુસાર સ્તરોમાં વિભાજિત કરતી નથી, પરંતુ ઇલેક્ટ્રોનની પરિભ્રમણ અવકાશને પણ બહુવિધ સ્તરોમાં વિભાજિત કરે છે. ટૂંકમાં, એક અણુમાં બહુવિધ ઊર્જા સ્તરો હોઈ શકે છે, અને વિવિધ ઊર્જા સ્તરો વિવિધ ઊર્જાને અનુરૂપ હોય છે; કેટલાક ઇલેક્ટ્રોન "નીચા ઉર્જા સ્તર" પર ભ્રમણકક્ષા કરે છે અને કેટલાક ઇલેક્ટ્રોન "ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તર" પર ભ્રમણકક્ષા કરે છે.

આજકાલ, મિડલ સ્કૂલ ફિઝિક્સ પુસ્તકોમાં ચોક્કસ અણુઓની માળખાકીય લાક્ષણિકતાઓ, દરેક ઇલેક્ટ્રોન સ્તરમાં ઇલેક્ટ્રોન વિતરણના નિયમો અને વિવિધ ઊર્જા સ્તરો પર ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા સ્પષ્ટપણે ચિહ્નિત કરવામાં આવી છે.

અણુ પ્રણાલીમાં, ઇલેક્ટ્રોન મૂળભૂત રીતે સ્તરોમાં ફરે છે, જેમાં કેટલાક અણુ ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તરે અને કેટલાક નીચા ઉર્જા સ્તરે હોય છે; કારણ કે અણુઓ હંમેશા બાહ્ય વાતાવરણ (તાપમાન, વીજળી, ચુંબકત્વ) દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે, ઉચ્ચ-ઊર્જા સ્તરના ઇલેક્ટ્રોન અસ્થિર છે અને નીચા ઉર્જા સ્તર પર સ્વયંસ્ફુરિત સંક્રમણ કરશે, તેની અસર શોષાઈ શકે છે, અથવા તે વિશિષ્ટ ઉત્તેજના અસરો પેદા કરી શકે છે અને " સ્વયંસ્ફુરિત ઉત્સર્જન”. તેથી, અણુ પ્રણાલીમાં, જ્યારે ઉચ્ચ-ઊર્જા સ્તરના ઇલેક્ટ્રોન નીચા-ઊર્જા સ્તરે સંક્રમણ કરે છે, ત્યારે ત્યાં બે અભિવ્યક્તિઓ હશે: "સ્વયંસ્ફુરિત ઉત્સર્જન" અને "ઉત્તેજિત ઉત્સર્જન".

સ્વયંસ્ફુરિત કિરણોત્સર્ગ, ઉચ્ચ-ઊર્જા અવસ્થામાં ઇલેક્ટ્રોન અસ્થિર હોય છે અને, બાહ્ય વાતાવરણ (તાપમાન, વીજળી, ચુંબકત્વ) દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે, સ્વયંસ્ફુરિત રીતે નીચી-ઊર્જા અવસ્થામાં સ્થળાંતર થાય છે, અને વધારાની ઊર્જા ફોટોનના સ્વરૂપમાં વિકિરણ થાય છે. આ પ્રકારના રેડિયેશનની લાક્ષણિકતા એ છે કે દરેક ઇલેક્ટ્રોનનું સંક્રમણ સ્વતંત્ર રીતે હાથ ધરવામાં આવે છે અને તે રેન્ડમ છે. વિવિધ ઇલેક્ટ્રોનના સ્વયંસ્ફુરિત ઉત્સર્જનની ફોટોન અવસ્થાઓ અલગ અલગ હોય છે. પ્રકાશનું સ્વયંસ્ફુરિત ઉત્સર્જન "અસંગત" સ્થિતિમાં છે અને તેની દિશાઓ છૂટાછવાયા છે. જો કે, સ્વયંસ્ફુરિત કિરણોત્સર્ગમાં અણુઓની પોતાની લાક્ષણિકતાઓ હોય છે, અને વિવિધ અણુઓના સ્વયંસ્ફુરિત કિરણોત્સર્ગના સ્પેક્ટ્રા અલગ અલગ હોય છે. આ વિશે બોલતા, તે લોકોને ભૌતિકશાસ્ત્રના મૂળભૂત જ્ઞાનની યાદ અપાવે છે, “કોઈપણ પદાર્થમાં ગરમી ફેલાવવાની ક્ષમતા હોય છે, અને પદાર્થમાં સતત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોને શોષવાની અને ઉત્સર્જિત કરવાની ક્ષમતા હોય છે. ગરમી દ્વારા પ્રસારિત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોમાં ચોક્કસ સ્પેક્ટ્રમ વિતરણ હોય છે. આ સ્પેક્ટ્રમનું વિતરણ ઑબ્જેક્ટના ગુણધર્મો અને તેના તાપમાન સાથે સંબંધિત છે." તેથી, થર્મલ રેડિયેશનના અસ્તિત્વનું કારણ અણુઓનું સ્વયંસ્ફુરિત ઉત્સર્જન છે.

ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનમાં, ઉચ્ચ-ઊર્જા સ્તરના ઇલેક્ટ્રોન "સ્થિતિઓ માટે યોગ્ય ફોટોન" ના "ઉત્તેજના" અથવા "ઇન્ડક્શન" હેઠળ નીચા-ઊર્જા સ્તર પર સંક્રમણ કરે છે અને ઘટના ફોટોન જેવી જ આવર્તનનો ફોટોન વિકિરણ કરે છે. ઉત્તેજિત કિરણોત્સર્ગની સૌથી મોટી વિશેષતા એ છે કે ઉત્તેજિત કિરણોત્સર્ગ દ્વારા ઉત્પાદિત ફોટોન ઉત્તેજિત કિરણોત્સર્ગ પેદા કરતા ઘટના ફોટોન જેવી જ સ્થિતિ ધરાવે છે. તેઓ "સુસંગત" સ્થિતિમાં છે. તેમની પાસે સમાન આવર્તન અને સમાન દિશા છે, અને બેને અલગ પાડવાનું સંપૂર્ણપણે અશક્ય છે. તેમની વચ્ચે તફાવત. આ રીતે, એક ઉત્તેજિત ઉત્સર્જન દ્વારા એક ફોટોન બે સરખા ફોટોન બને છે. આનો અર્થ એ છે કે પ્રકાશ તીવ્ર બને છે, અથવા "એમ્પ્લીફાઇડ" થાય છે.

હવે ચાલો ફરીથી વિશ્લેષણ કરીએ, વધુ અને વધુ વારંવાર ઉત્તેજિત રેડિયેશન મેળવવા માટે કઈ પરિસ્થિતિઓની જરૂર છે?

સામાન્ય સંજોગોમાં, ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તરોમાં ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા હંમેશા નીચા ઉર્જા સ્તરોમાં ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા કરતા ઓછી હોય છે. જો તમે ઇચ્છો છો કે અણુઓ ઉત્તેજિત કિરણોત્સર્ગ ઉત્પન્ન કરે, તો તમે ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તરોમાં ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા વધારવા માંગો છો, તેથી તમારે "પંપ સ્ત્રોત" ની જરૂર છે, જેનો હેતુ વધુ ઉત્તેજિત કરવાનો છે ઘણા ઓછા-ઊર્જા સ્તરના ઇલેક્ટ્રોન ઉચ્ચ-ઊર્જા સ્તરો પર કૂદી જાય છે. , તેથી ઉચ્ચ-ઊર્જા સ્તરના ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા નિમ્ન-ઊર્જા સ્તરના ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા કરતાં વધુ હશે, અને "કણ નંબર રિવર્સલ" થશે. ઘણા બધા ઉચ્ચ-ઊર્જા સ્તરના ઇલેક્ટ્રોન માત્ર ખૂબ જ ટૂંકા સમય માટે રહી શકે છે. સમય નીચા ઉર્જા સ્તર પર જશે, તેથી રેડિયેશનના ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનની શક્યતા વધશે.

અલબત્ત, "પંપ સ્ત્રોત" વિવિધ અણુઓ માટે સેટ કરેલ છે. તે ઇલેક્ટ્રોનને "રેઝોનેટ" બનાવે છે અને વધુ નીચા-ઊર્જા સ્તરના ઇલેક્ટ્રોનને ઉચ્ચ-ઊર્જા સ્તરો પર જવા દે છે. વાચકો મૂળભૂત રીતે સમજી શકે છે, લેસર શું છે? લેસર કેવી રીતે ઉત્પન્ન થાય છે? લેસર એ "પ્રકાશ વિકિરણ" છે જે ચોક્કસ "પંપ સ્ત્રોત" ની ક્રિયા હેઠળ પદાર્થના અણુઓ દ્વારા "ઉત્તેજિત" થાય છે. આ લેસર છે.