લેસર અને તેની પ્રક્રિયા પ્રણાલી

૧. લેસર જનરેશનનો સિદ્ધાંત

અણુ માળખું એક નાના સૌરમંડળ જેવું છે, જેની મધ્યમાં અણુ કેન્દ્ર હોય છે. ઇલેક્ટ્રોન સતત અણુ કેન્દ્રની આસપાસ ફરતા રહે છે, અને અણુ કેન્દ્ર પણ સતત ફરતું રહે છે.

ન્યુક્લિયસ પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનથી બનેલું હોય છે. પ્રોટોન ધન રીતે ચાર્જ થયેલા હોય છે અને ન્યુટ્રોન ચાર્જ વગરના હોય છે. સમગ્ર ન્યુક્લિયસ દ્વારા વહન કરાયેલા ધન ચાર્જની સંખ્યા સમગ્ર ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા વહન કરાયેલા ઋણ ચાર્જની સંખ્યા જેટલી હોય છે, તેથી સામાન્ય રીતે અણુઓ બાહ્ય વિશ્વ માટે તટસ્થ હોય છે.

અણુના દળની વાત કરીએ તો, અણુના મોટાભાગના દળને ન્યુક્લિયસ કેન્દ્રિત કરે છે, અને બધા ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા કબજે કરાયેલ દળ ખૂબ જ નાનું હોય છે. અણુ બંધારણમાં, ન્યુક્લિયસ ફક્ત એક નાની જગ્યા રોકે છે. ઇલેક્ટ્રોન ન્યુક્લિયસની આસપાસ ફરે છે, અને ઇલેક્ટ્રોન પાસે પ્રવૃત્તિ માટે ઘણી મોટી જગ્યા હોય છે.

અણુઓમાં "આંતરિક ઊર્જા" હોય છે, જેમાં બે ભાગો હોય છે: એક એ છે કે ઇલેક્ટ્રોન ભ્રમણ ગતિ અને ચોક્કસ ગતિ ઊર્જા ધરાવે છે; બીજું એ છે કે નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા ઇલેક્ટ્રોન અને ધન રીતે ચાર્જ થયેલા ન્યુક્લિયસ વચ્ચે અંતર હોય છે, અને ચોક્કસ માત્રામાં સંભવિત ઊર્જા હોય છે. બધા ઇલેક્ટ્રોનની ગતિ ઊર્જા અને સંભવિત ઊર્જાનો સરવાળો સમગ્ર પરમાણુની ઊર્જા છે, જેને પરમાણુની આંતરિક ઊર્જા કહેવામાં આવે છે.

બધા ઇલેક્ટ્રોન ન્યુક્લિયસની આસપાસ ફરે છે; ક્યારેક ન્યુક્લિયસની નજીક, આ ઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જા નાની હોય છે; ક્યારેક ન્યુક્લિયસથી વધુ દૂર, આ ઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જા મોટી હોય છે; ઘટનાની સંભાવના અનુસાર, લોકો ઇલેક્ટ્રોન સ્તરને અલગ અલગ ""ઊર્જા સ્તર" માં વિભાજીત કરે છે; ચોક્કસ "ઊર્જા સ્તર" પર, વારંવાર ભ્રમણકક્ષા કરતા અનેક ઇલેક્ટ્રોન હોઈ શકે છે, અને દરેક ઇલેક્ટ્રોનની કોઈ નિશ્ચિત ભ્રમણકક્ષા હોતી નથી, પરંતુ આ બધા ઇલેક્ટ્રોન સમાન ઊર્જા સ્તર ધરાવે છે; "ઊર્જા સ્તર" એકબીજાથી અલગ પડે છે. હા, તેઓ ઊર્જા સ્તરો અનુસાર અલગ પડે છે. "ઊર્જા સ્તર" ની વિભાવના માત્ર ઊર્જા અનુસાર ઇલેક્ટ્રોનને સ્તરોમાં વિભાજીત કરતી નથી, પરંતુ ઇલેક્ટ્રોનની ભ્રમણકક્ષાની જગ્યાને પણ બહુવિધ સ્તરોમાં વિભાજીત કરે છે. ટૂંકમાં, એક અણુમાં બહુવિધ ઊર્જા સ્તરો હોઈ શકે છે, અને વિવિધ ઊર્જા સ્તરો વિવિધ ઊર્જાને અનુરૂપ હોય છે; કેટલાક ઇલેક્ટ્રોન "નીચા ઊર્જા સ્તર" પર ભ્રમણકક્ષા કરે છે અને કેટલાક ઇલેક્ટ્રોન "ઉચ્ચ ઊર્જા સ્તર" પર ભ્રમણકક્ષા કરે છે.

આજકાલ, મિડલ સ્કૂલના ભૌતિકશાસ્ત્રના પુસ્તકોમાં ચોક્કસ અણુઓની માળખાકીય લાક્ષણિકતાઓ, દરેક ઇલેક્ટ્રોન સ્તરમાં ઇલેક્ટ્રોન વિતરણના નિયમો અને વિવિધ ઉર્જા સ્તરો પર ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા સ્પષ્ટ રીતે ચિહ્નિત કરવામાં આવી છે.

અણુ પ્રણાલીમાં, ઇલેક્ટ્રોન મૂળભૂત રીતે સ્તરોમાં ફરે છે, કેટલાક પરમાણુ ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તરે અને કેટલાક નીચા ઉર્જા સ્તરે હોય છે; કારણ કે અણુઓ હંમેશા બાહ્ય વાતાવરણ (તાપમાન, વીજળી, ચુંબકત્વ) થી પ્રભાવિત થાય છે, ઉચ્ચ-ઊર્જા સ્તરના ઇલેક્ટ્રોન અસ્થિર હોય છે અને સ્વયંભૂ નીચા ઉર્જા સ્તરમાં સંક્રમણ કરશે, તેની અસર શોષાઈ શકે છે, અથવા તે ખાસ ઉત્તેજના અસરો ઉત્પન્ન કરી શકે છે અને "સ્વયંસ્ફુરિત ઉત્સર્જન" નું કારણ બની શકે છે. તેથી, અણુ પ્રણાલીમાં, જ્યારે ઉચ્ચ-ઊર્જા સ્તરના ઇલેક્ટ્રોન ઓછી ઉર્જા સ્તરમાં સંક્રમણ કરે છે, ત્યારે બે અભિવ્યક્તિઓ હશે: "સ્વયંસ્ફુરિત ઉત્સર્જન" અને "ઉત્તેજિત ઉત્સર્જન".

સ્વયંભૂ કિરણોત્સર્ગ, ઉચ્ચ-ઊર્જા અવસ્થામાં ઇલેક્ટ્રોન અસ્થિર હોય છે અને બાહ્ય વાતાવરણ (તાપમાન, વીજળી, ચુંબકત્વ) થી પ્રભાવિત થઈને, સ્વયંભૂ ઓછી-ઊર્જા અવસ્થામાં સ્થળાંતર કરે છે, અને વધારાની ઊર્જા ફોટોનના સ્વરૂપમાં વિકિરણિત થાય છે. આ પ્રકારના કિરણોત્સર્ગની લાક્ષણિકતા એ છે કે દરેક ઇલેક્ટ્રોનનું સંક્રમણ સ્વતંત્ર રીતે થાય છે અને તે રેન્ડમ હોય છે. વિવિધ ઇલેક્ટ્રોનના સ્વયંભૂ ઉત્સર્જનની ફોટોન અવસ્થાઓ અલગ અલગ હોય છે. પ્રકાશનું સ્વયંભૂ ઉત્સર્જન "અસંગત" અવસ્થામાં હોય છે અને તેની દિશાઓ વિખરાયેલી હોય છે. જો કે, સ્વયંભૂ કિરણોત્સર્ગમાં પરમાણુઓની લાક્ષણિકતાઓ હોય છે, અને વિવિધ અણુઓના સ્વયંભૂ કિરણોત્સર્ગનો સ્પેક્ટ્રા અલગ અલગ હોય છે. આ વિશે બોલતા, તે લોકોને ભૌતિકશાસ્ત્રના મૂળભૂત જ્ઞાનની યાદ અપાવે છે, "કોઈપણ પદાર્થ ગરમી ફેલાવવાની ક્ષમતા ધરાવે છે, અને પદાર્થ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોને સતત શોષી લેવાની અને ઉત્સર્જન કરવાની ક્ષમતા ધરાવે છે. ગરમી દ્વારા વિકિરણિત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોનું ચોક્કસ સ્પેક્ટ્રમ વિતરણ હોય છે. આ સ્પેક્ટ્રમ વિતરણ પદાર્થના ગુણધર્મો અને તેના તાપમાન સાથે સંબંધિત છે." તેથી, થર્મલ કિરણોત્સર્ગના અસ્તિત્વનું કારણ પરમાણુઓનું સ્વયંભૂ ઉત્સર્જન છે.

ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનમાં, ઉચ્ચ-ઊર્જા સ્તરના ઇલેક્ટ્રોન "પરિસ્થિતિઓ માટે યોગ્ય ફોટોન" ના "ઉત્તેજના" અથવા "પ્રેરણા" હેઠળ ઓછી-ઊર્જા સ્તર પર સંક્રમણ કરે છે અને ઘટના ફોટોન જેટલી જ આવર્તનનો ફોટોન ફેલાવે છે. ઉત્તેજિત કિરણોત્સર્ગની સૌથી મોટી વિશેષતા એ છે કે ઉત્તેજિત કિરણોત્સર્ગ દ્વારા ઉત્પન્ન થતા ફોટોન ઉત્તેજિત કિરણોત્સર્ગ ઉત્પન્ન કરતા ઘટના ફોટોન જેવી જ સ્થિતિ ધરાવે છે. તેઓ "સુસંગત" સ્થિતિમાં હોય છે. તેમની આવર્તન સમાન અને દિશા સમાન હોય છે, અને બે વચ્ચેના તફાવતોને અલગ પાડવાનું સંપૂર્ણપણે અશક્ય છે. આ રીતે, એક ઉત્તેજિત ઉત્સર્જન દ્વારા એક ફોટોન બે સમાન ફોટોન બને છે. આનો અર્થ એ છે કે પ્રકાશ તીવ્ર બને છે, અથવા "વિસ્તૃત" થાય છે.

હવે ચાલો ફરી વિશ્લેષણ કરીએ, વધુને વધુ વારંવાર ઉત્તેજિત કિરણોત્સર્ગ મેળવવા માટે કઈ પરિસ્થિતિઓની જરૂર છે?

સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં, 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 ઉત્તેજીત કરવાનો છે. ઘણા બધા ઓછા ઉર્જા સ્તરના ઇલેક્ટ્રોન ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તર પર કૂદી જાય છે, તેથી ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તરના ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા ઓછી ઉર્જા સ્તરના ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા કરતા વધુ હશે, અને "કણ સંખ્યા રિવર્સલ" થશે. ઘણા બધા ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તરના ઇલેક્ટ્રોન ફક્ત ખૂબ જ ટૂંકા સમય માટે રહી શકે છે. સમય નીચા ઉર્જા સ્તર પર કૂદી જશે, તેથી ઉત્તેજિત કિરણોત્સર્ગ ઉત્સર્જનની શક્યતા વધશે.

અલબત્ત, "પંપ સ્ત્રોત" વિવિધ પરમાણુઓ માટે સેટ કરેલ છે. તે ઇલેક્ટ્રોનને "પડકાર" બનાવે છે અને વધુ ઓછી-ઊર્જા સ્તરના ઇલેક્ટ્રોનને ઉચ્ચ-ઊર્જા સ્તર પર કૂદવા દે છે. વાચકો મૂળભૂત રીતે સમજી શકે છે કે લેસર શું છે? લેસર કેવી રીતે ઉત્પન્ન થાય છે? લેસર એ "પ્રકાશ કિરણોત્સર્ગ" છે જે ચોક્કસ "પંપ સ્ત્રોત" ની ક્રિયા હેઠળ પદાર્થના પરમાણુઓ દ્વારા "ઉત્તેજિત" થાય છે. આ લેસર છે.