লেজারের প্রথম নীতি, যার পদার্থবিদ্যা প্লাঙ্কের বিকিরণ সূত্রের উপর ভিত্তি করে তৈরি হয়েছিল, তাত্ত্বিকভাবে আইনস্টাইন 1917 সালে প্রমাণ করেছিলেন। তিনি সম্ভাব্যতা সহগ (আইনস্টাইন সহগ) ব্যবহার করে শোষণ, স্বতঃস্ফূর্ত এবং উদ্দীপিত ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক বিকিরণ বর্ণনা করেছেন।
অগ্রগামীরা
থিওডোর মেইম্যানই প্রথম যিনি একটি ফ্ল্যাশ ল্যাম্পের সাহায্যে সিন্থেটিক রুবির অপটিক্যাল পাম্পিং-এর উপর ভিত্তি করে একটি রুবি লেজারের অপারেশনের নীতি প্রদর্শন করেছিলেন, যা 694 এনএম তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সাথে স্পন্দিত সুসংগত বিকিরণ তৈরি করেছিল।
1960 সালে, ইরানী বিজ্ঞানী জাভান এবং বেনেট He এবং Ne গ্যাসের 1:10 মিশ্রণ ব্যবহার করে প্রথম গ্যাস কোয়ান্টাম জেনারেটর তৈরি করেছিলেন।
1962 সালে, আরএন হল 850 এনএম তরঙ্গদৈর্ঘ্যে নির্গত প্রথম গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (GaAs) ডায়োড লেজার প্রদর্শন করে। সেই বছরের শেষের দিকে, নিক গোলনিয়াক প্রথম সেমিকন্ডাক্টর দৃশ্যমান আলো কোয়ান্টাম জেনারেটর তৈরি করেন।
লেজারের নকশা এবং পরিচালনার নীতি
প্রতিটি লেজার সিস্টেমে একটি সক্রিয় মাধ্যম থাকেঅপটিক্যালি সমান্তরাল এবং অত্যন্ত প্রতিফলিত আয়নার একটি জোড়ার মধ্যে, যার মধ্যে একটি স্বচ্ছ, এবং এটি পাম্প করার জন্য একটি শক্তির উত্স। পরিবর্ধন মাধ্যম একটি কঠিন, তরল বা গ্যাস হতে পারে, যার মধ্যে বৈদ্যুতিক বা অপটিক্যাল পাম্পিং দ্বারা উদ্দীপিত নির্গমনের মাধ্যমে এটির মধ্য দিয়ে যাওয়া আলোক তরঙ্গের প্রশস্ততাকে প্রশস্ত করার বৈশিষ্ট্য রয়েছে। একজোড়া আয়নার মধ্যে একটি পদার্থ এমনভাবে স্থাপন করা হয় যে তাদের মধ্যে প্রতিফলিত আলো প্রতিবার এটির মধ্য দিয়ে যায় এবং একটি উল্লেখযোগ্য পরিবর্ধনে পৌঁছে একটি স্বচ্ছ আয়না ভেদ করে।
দ্বি-স্তরের পরিবেশ
আসুন একটি সক্রিয় মাধ্যম সহ একটি লেজারের ক্রিয়াকলাপের নীতিটি বিবেচনা করা যাক, যার পরমাণুগুলির মাত্র দুটি শক্তি স্তর রয়েছে: উত্তেজিত E2 এবং মৌলিক E1 যদি কোনো পাম্পিং প্রক্রিয়া (অপটিক্যাল, ইলেকট্রিক ডিসচার্জ, কারেন্ট ট্রান্সমিশন বা ইলেক্ট্রন বোমাবর্ষণ) দ্বারা পরমাণুগুলি E2 রাজ্যে উত্তেজিত হয়, তবে কয়েক ন্যানোসেকেন্ড পরে তারা ফোটন নির্গত করে স্থল অবস্থানে ফিরে আসবে। শক্তির hν=E 2 - E1। আইনস্টাইনের তত্ত্ব অনুসারে, নির্গমন দুটি ভিন্ন উপায়ে উত্পাদিত হয়: হয় এটি একটি ফোটন দ্বারা প্ররোচিত হয়, অথবা এটি স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটে। প্রথম ক্ষেত্রে, উদ্দীপিত নির্গমন ঘটে এবং দ্বিতীয়টিতে, স্বতঃস্ফূর্ত নির্গমন। তাপীয় ভারসাম্যে, উদ্দীপিত নির্গমনের সম্ভাবনা স্বতঃস্ফূর্ত নির্গমনের তুলনায় অনেক কম (1:1033), তাই বেশিরভাগ প্রচলিত আলোর উত্সগুলি অসঙ্গত, এবং তাপ ছাড়া অন্য পরিস্থিতিতে লেজার তৈরি করা সম্ভব ভারসাম্য।
এমনকি খুব শক্তিশালী সহপাম্পিং, দুই স্তরের সিস্টেমের জনসংখ্যা শুধুমাত্র সমান করা যেতে পারে। অতএব, অপটিক্যাল বা অন্যান্য পাম্পিং পদ্ধতির মাধ্যমে জনসংখ্যার বিপরীতমুখী অর্জনের জন্য তিন- বা চার-স্তরের সিস্টেমের প্রয়োজন।
মাল্টিলেভেল সিস্টেম
তিন স্তরের লেজারের নীতি কী? কম্পাঙ্কের তীব্র আলোর সাথে বিকিরণ ν02 সর্বনিম্ন শক্তি স্তর E0 থেকে সর্বোচ্চ শক্তি স্তর E এ বিপুল সংখ্যক পরমাণুকে পাম্প করে। 2 E2 থেকে E1 এ পরমাণুর নন-রেডিয়েটিভ ট্রানজিশন E1 এবং E এর মধ্যে একটি জনসংখ্যা বিপর্যয় স্থাপন করে। 0 , যা বাস্তবে তখনই সম্ভব যখন পরমাণুগুলি দীর্ঘ সময়ের জন্য একটি মেটাস্টেবল অবস্থায় থাকে E1, এবং E2 থেকে স্থানান্তরথেকে E 1 দ্রুত যাচ্ছে। একটি তিন-স্তরের লেজারের অপারেশনের নীতি হল এই শর্তগুলি পূরণ করা, যার কারণে E0 এবং E1 এর মধ্যে একটি জনসংখ্যা বিপর্যয় অর্জন করা হয় এবং ফোটন শক্তি E 1-E0 প্ররোচিত নির্গমন দ্বারা পরিবর্ধিত হয়। E2 এর একটি বিস্তৃত স্তর আরও দক্ষ পাম্পিংয়ের জন্য তরঙ্গদৈর্ঘ্য শোষণের পরিসর বাড়িয়ে দিতে পারে, যার ফলে উদ্দীপিত নির্গমন বৃদ্ধি পায়।
থ্রি-লেভেল সিস্টেমের জন্য খুব বেশি পাম্প পাওয়ার প্রয়োজন, যেহেতু জেনারেশনের সাথে জড়িত নিম্ন স্তরটি হল ভিত্তি। এই ক্ষেত্রে, জনসংখ্যার বিপর্যয় ঘটানোর জন্য, মোট পরমাণুর অর্ধেকেরও বেশি E1 রাজ্যে পাম্প করতে হবে। এটি করতে গিয়ে শক্তির অপচয় হয়। পাম্পিং শক্তি উল্লেখযোগ্যভাবে হতে পারেনিম্ন প্রজন্মের স্তর বেস এক না হলে হ্রাস করুন, যার জন্য কমপক্ষে একটি চার-স্তরের সিস্টেম প্রয়োজন৷
সক্রিয় পদার্থের প্রকৃতির উপর নির্ভর করে লেজারগুলিকে তিনটি প্রধান শ্রেণীতে ভাগ করা হয়, যথা, কঠিন, তরল এবং গ্যাস। 1958 সাল থেকে, যখন একটি রুবি স্ফটিকের মধ্যে লেসিং প্রথম পরিলক্ষিত হয়েছিল, বিজ্ঞানী এবং গবেষকরা প্রতিটি বিভাগে বিভিন্ন ধরণের উপকরণ অধ্যয়ন করেছেন৷
সলিড স্টেট লেজার
অপারেশনের নীতিটি একটি সক্রিয় মাধ্যমের ব্যবহারের উপর ভিত্তি করে তৈরি করা হয়, যা অন্তরক স্ফটিক জালিতে একটি ট্রানজিশন গ্রুপ ধাতু যোগ করে গঠিত হয় (Ti+3, Cr +3, V+2, С+2, Ni+2, Fe+2, ইত্যাদি), বিরল আর্থ আয়ন (Ce+3, Pr+3, Nd +3, Pm+3, Sm+2, Eu +2, +3 , Tb+3, Dy+3, Ho+3 , Er +3, Yb+3, ইত্যাদি), এবং অ্যাক্টিনাইড যেমন U+3আয়নগুলির শক্তির স্তরগুলি শুধুমাত্র উত্পাদনের জন্য দায়ী। বেস উপাদানের ভৌত বৈশিষ্ট্য, যেমন তাপ পরিবাহিতা এবং তাপ সম্প্রসারণ, দক্ষ লেজার অপারেশনের জন্য অপরিহার্য। ডোপড আয়নের চারপাশে জালি পরমাণুর বিন্যাস তার শক্তির মাত্রা পরিবর্তন করে। সক্রিয় মাধ্যমের প্রজন্মের বিভিন্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্য একই আয়ন দিয়ে বিভিন্ন পদার্থের ডোপিংয়ের মাধ্যমে অর্জন করা হয়।
হোলমিয়াম লেজার
একটি সলিড-স্টেট লেজারের একটি উদাহরণ হল একটি কোয়ান্টাম জেনারেটর, যেখানে হলমিয়াম স্ফটিক জালির বেস পদার্থের একটি পরমাণু প্রতিস্থাপন করে।Ho:YAG সেরা প্রজন্মের উপকরণগুলির মধ্যে একটি। হলমিয়াম লেজারের অপারেশনের নীতি হল যে ইট্রিয়াম অ্যালুমিনিয়াম গারনেট হলমিয়াম আয়নগুলির সাথে ডোপ করা হয়, একটি ফ্ল্যাশ ল্যাম্প দ্বারা অপটিক্যালি পাম্প করা হয় এবং IR রেঞ্জে 2097 এনএম তরঙ্গদৈর্ঘ্যে নির্গত হয়, যা টিস্যু দ্বারা ভালভাবে শোষিত হয়। এই লেজার জয়েন্টে অপারেশন, দাঁতের চিকিৎসা, ক্যান্সার কোষ, কিডনি এবং পিত্তথলির পাথরের বাষ্পীভবনের জন্য ব্যবহার করা হয়।
সেমিকন্ডাক্টর কোয়ান্টাম জেনারেটর
কোয়ান্টাম ওয়েল লেজারগুলি সস্তা, ভর-উৎপাদনযোগ্য এবং সহজেই মাপযোগ্য। একটি সেমিকন্ডাক্টর লেজারের পরিচালনার নীতিটি একটি p-n জংশন ডায়োডের ব্যবহারের উপর ভিত্তি করে, যা একটি ইতিবাচক পক্ষপাতিত্বে ক্যারিয়ারের পুনঃসংযোগের মাধ্যমে একটি নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো তৈরি করে, যা LED-এর মতো। LED স্বতঃস্ফূর্তভাবে নির্গত হয়, এবং লেজার ডায়োড - জোরপূর্বক। জনসংখ্যার বিপরীত অবস্থা পূরণ করতে, অপারেটিং কারেন্ট অবশ্যই থ্রেশহোল্ড মান অতিক্রম করতে হবে। একটি সেমিকন্ডাক্টর ডায়োডে সক্রিয় মাধ্যমটি দুটি দ্বি-মাত্রিক স্তরের একটি সংযোগকারী অঞ্চলের আকার ধারণ করে৷
এই ধরণের লেজারের পরিচালনার নীতিটি এমন যে দোলন বজায় রাখতে কোনও বাহ্যিক আয়নার প্রয়োজন হয় না। স্তরগুলির প্রতিসরাঙ্ক সূচক দ্বারা সৃষ্ট প্রতিফলন এবং সক্রিয় মাধ্যমের অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন এই উদ্দেশ্যে যথেষ্ট। ডায়োডগুলির শেষ পৃষ্ঠগুলি চিপ করা হয়, যা নিশ্চিত করে যে প্রতিফলিত পৃষ্ঠগুলি সমান্তরাল।
একই ধরণের সেমিকন্ডাক্টর পদার্থ দ্বারা গঠিত সংযোগকে বলা হয় হোমোজাংশন, এবং দুটি ভিন্ন পদার্থের সংযোগ দ্বারা সৃষ্ট সংযোগকে বলা হয়হেটারোজেকশন।
P- এবং উচ্চ বাহক ঘনত্ব সহ এন-টাইপ সেমিকন্ডাক্টরগুলি একটি খুব পাতলা (≈1 µm) অবক্ষয় স্তর সহ একটি p-n জংশন তৈরি করে৷
গ্যাস লেজার
অপারেশনের নীতি এবং এই ধরণের লেজারের ব্যবহার আপনাকে প্রায় যে কোনও শক্তি (মিলিওয়াট থেকে মেগাওয়াট) এবং তরঙ্গদৈর্ঘ্য (UV থেকে IR পর্যন্ত) ডিভাইস তৈরি করতে দেয় এবং আপনাকে স্পন্দিত এবং অবিচ্ছিন্ন মোডে কাজ করতে দেয়।. সক্রিয় মিডিয়ার প্রকৃতির উপর ভিত্তি করে, তিন ধরনের গ্যাস কোয়ান্টাম জেনারেটর রয়েছে, যথা পারমাণবিক, আয়নিক এবং আণবিক।
অধিকাংশ গ্যাস লেজার বৈদ্যুতিক স্রাব দিয়ে পাম্প করা হয়। ডিসচার্জ টিউবের ইলেকট্রনগুলি ইলেক্ট্রোডগুলির মধ্যে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের দ্বারা ত্বরান্বিত হয়। তারা সক্রিয় মাধ্যমের পরমাণু, আয়ন বা অণুর সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয় এবং জনসংখ্যার বিপরীত অবস্থা এবং উদ্দীপিত নির্গমন অর্জনের জন্য উচ্চ শক্তির স্তরে স্থানান্তরিত করে।
আণবিক লেজার
একটি লেজারের অপারেটিং নীতিটি এই সত্যের উপর ভিত্তি করে যে, বিচ্ছিন্ন পরমাণু এবং আয়নগুলির বিপরীতে, পারমাণবিক এবং আয়ন কোয়ান্টাম জেনারেটরের অণুগুলির বিচ্ছিন্ন শক্তি স্তরের বিস্তৃত শক্তি ব্যান্ড রয়েছে৷ অধিকন্তু, প্রতিটি ইলেকট্রনিক শক্তি স্তরে প্রচুর সংখ্যক কম্পনশীল স্তর রয়েছে এবং সেগুলির, ঘুরে, বেশ কয়েকটি ঘূর্ণনশীল স্তর রয়েছে৷
ইলেকট্রনিক শক্তি স্তরের মধ্যে শক্তি বর্ণালীর UV এবং দৃশ্যমান অঞ্চলে, যখন কম্পন-ঘূর্ণন স্তরের মধ্যে - দূর এবং কাছাকাছি IR-এএলাকা এইভাবে, বেশিরভাগ আণবিক কোয়ান্টাম জেনারেটর দূর বা কাছাকাছি ইনফ্রারেড অঞ্চলে কাজ করে।
এক্সাইমার লেজার
Excimers হল ArF, KrF, XeCl এর মতো অণু, যেগুলির একটি পৃথক স্থল অবস্থা রয়েছে এবং প্রথম স্তরে স্থিতিশীল। লেজারের অপারেশনের নীতিটি নিম্নরূপ। একটি নিয়ম হিসাবে, স্থল রাজ্যে অণুর সংখ্যা কম, তাই স্থল অবস্থা থেকে সরাসরি পাম্পিং সম্ভব নয়। নিষ্ক্রিয় গ্যাসের সাথে উচ্চ-শক্তির হ্যালাইডগুলিকে একত্রিত করে প্রথম উত্তেজিত ইলেকট্রনিক অবস্থায় অণুগুলি গঠিত হয়। বিপরীতের জনসংখ্যা সহজেই অর্জন করা যায়, যেহেতু উত্তেজিত একের তুলনায় বেস স্তরে অণুর সংখ্যা খুব কম। একটি লেজারের অপারেটিং নীতি, সংক্ষেপে, একটি আবদ্ধ উত্তেজিত ইলেকট্রনিক অবস্থা থেকে একটি বিচ্ছিন্ন স্থল অবস্থায় রূপান্তর। স্থল রাজ্যে জনসংখ্যা সর্বদা নিম্ন স্তরে থাকে, কারণ এই বিন্দুতে অণুগুলি পরমাণুতে বিচ্ছিন্ন হয়৷
লেজারের অপারেশনের যন্ত্র এবং নীতি হল ডিসচার্জ টিউব হ্যালাইড (F2) এবং বিরল আর্থ গ্যাস (Ar) এর মিশ্রণে পূর্ণ। এর মধ্যে থাকা ইলেকট্রনগুলি হ্যালাইড অণুগুলিকে বিচ্ছিন্ন করে এবং আয়নাইজ করে এবং নেতিবাচক চার্জযুক্ত আয়ন তৈরি করে। ধনাত্মক আয়ন Ar+ এবং নেতিবাচক F- প্রতিক্রিয়াশীল বেস স্টেটে পরবর্তী পরিবর্তনের সাথে প্রথম উত্তেজিত আবদ্ধ অবস্থায় ArF অণুগুলি বিক্রিয়া করে এবং উৎপন্ন করে সুসঙ্গত বিকিরণ। এক্সাইমার লেজার, অপারেশন এবং প্রয়োগের নীতি যা আমরা এখন বিবেচনা করছি, পাম্প করতে ব্যবহার করা যেতে পারেরং এর সক্রিয় মাধ্যম।
তরল লেজার
কঠিন পদার্থের তুলনায়, তরলগুলি আরও সমজাতীয় এবং গ্যাসের তুলনায় সক্রিয় পরমাণুর ঘনত্ব বেশি। এগুলি ছাড়াও, এগুলি উত্পাদন করা সহজ, সহজ তাপ অপচয়ের অনুমতি দেয় এবং সহজেই প্রতিস্থাপন করা যায়। লেজারের অপারেটিং নীতি হল জৈব রঞ্জকগুলিকে সক্রিয় মাধ্যম হিসাবে ব্যবহার করা, যেমন DCM (4-dicyanomethylene-2-methyl-6-p-dimethylaminostyryl-4H-pyran), রডামাইন, স্টায়ারিল, LDS, coumarin, stilbene, ইত্যাদি।.., একটি উপযুক্ত দ্রাবক মধ্যে দ্রবীভূত. রঞ্জক অণুর একটি সমাধান বিকিরণ দ্বারা উত্তেজিত হয় যার তরঙ্গদৈর্ঘ্য একটি ভাল শোষণ সহগ আছে। লেজারের অপারেশনের নীতি, সংক্ষেপে, দীর্ঘতর তরঙ্গদৈর্ঘ্যে উৎপন্ন হয়, যাকে ফ্লুরোসেন্স বলা হয়। শোষিত শক্তি এবং নির্গত ফোটনের মধ্যে পার্থক্যটি অ-বিকিরণ শক্তির স্থানান্তর দ্বারা ব্যবহৃত হয় এবং সিস্টেমকে উত্তপ্ত করে।
তরল কোয়ান্টাম জেনারেটরের বিস্তৃত ফ্লুরোসেন্স ব্যান্ডের একটি অনন্য বৈশিষ্ট্য রয়েছে - তরঙ্গদৈর্ঘ্য টিউনিং। স্পেকট্রোস্কোপি, হলোগ্রাফি এবং বায়োমেডিকাল অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ক্রমবর্ধমান গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠছে অপারেশনের নীতি এবং এই ধরনের লেজারের ব্যবহার একটি সুরযোগ্য এবং সুসংগত আলোর উত্স হিসাবে।
সম্প্রতি, ডাই কোয়ান্টাম জেনারেটর আইসোটোপ পৃথকীকরণের জন্য ব্যবহার করা হয়েছে। এই ক্ষেত্রে, লেজার বেছে বেছে তাদের মধ্যে একজনকে উত্তেজিত করে, তাদের একটি রাসায়নিক বিক্রিয়ায় প্রবেশ করতে প্ররোচিত করে৷
