प्रयोगशाला में उगाए गए कीमती पत्थरों का औद्योगिक अनुप्रयोग - रूबी लेजर रॉड

प्रयोगशाला में उगाए गए कीमती पत्थरों का औद्योगिक अनुप्रयोग - रूबी लेजर रॉड

लेजर के विचार के प्रस्तावित होने के तुरंत बाद, दुनिया के पहले लेजर को बनाने के लिए पहली बार रूबी का उपयोग किया गया था। कार्यशील पदार्थ कृत्रिम रूबी हैः रूबी क्रिस्टल का मैट्रिक्स Al2O3 है,और लगभग 0.05wt% Cr2O3 क्रिस्टल के अंदर डोपेड है। Cr3+ क्रिस्टल में Al3+ की स्थिति की जगह लेता है, और ऑप्टिक रूप से यह एक नकारात्मक एक अक्षीय क्रिस्टल से संबंधित है। रूबी छड़ों के सामान्य आकार 0 से लेकर हैं।व्यास 5 से 2 सेमी और लंबाई 4 से 16 सेमीयह बहुत हल्का गुलाबी ग्लास रॉड या रॉड की Cr डोपिंग एकाग्रता के आधार पर एक बहुत गहरे लाल-भूरे रंग की तरह दिख सकता है। उत्तेजना स्रोत एक ज़ेनॉन लैंप है।एक्स (क्सेनोन) दीपक के विकिरण के तहत, रूबी क्रिस्टल में मूल रूप से आधार अवस्था E1 में विद्युतों Xe दीपक द्वारा उत्सर्जित फोटॉन अवशोषित और E3 ऊर्जा स्तर के लिए उत्तेजित कर रहे हैं।

E3 ऊर्जा स्तर पर कणों का औसत जीवन बहुत छोटा होता है (लगभग 10-9 सेकंड) । अधिकांश इलेक्ट्रॉन विकिरण मुक्त संक्रमणों के माध्यम से ऊर्जा स्तर E2 तक पहुंचते हैं।ई2 ऊर्जा स्तर पर इलेक्ट्रॉनों का जीवनकाल बहुत लंबा है, 3×10-3 सेकंड तक। इसलिए, बड़ी संख्या में कण E2 ऊर्जा स्तर पर जमा होते हैं, जो E2 और E1 के बीच कण संख्या प्रतिवर्तन बनाते हैं। इस समय,क्रिस्टल में फोटॉन पर एक प्रवर्धन प्रभाव होता है जिसकी आवृत्ति ν hν=E2 - E1 को संतुष्ट करती है, यानी, इसमें इस आवृत्ति के प्रकाश के लिए लाभ होता है। जब लाभ G सीमा की स्थिति को पूरा करने के लिए पर्याप्त बड़ा होता है, तो कुछ दर्पण छोरों पर 694.3nm का लेजर आउटपुट होता है।

यद्यपि रूबी लेजर की दक्षता उच्च नहीं है, केवल 0.1%, और यह अपनी अत्यंत सरल और प्रतिनिधि संरचना के कारण गहरे लाल 694.3nm प्रकाश उत्पन्न करता है,जो वर्तमान में सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किए जाने वाले YAG लेजर की संरचना के अनुरूप है, और ऊर्जा स्तर (3 स्तर प्रणाली) सरल है, यह विश्लेषण और समझने के लिए आसान है। रूबी छड़ी, एक कलम सीसा के रूप में मोटी और एक उंगली के रूप में लंबे समय तक,आसानी से लोहे की चादर के माध्यम से दरार कर सकते हैं और चंद्रमा की सतह से वापस प्रतिबिंबित किया जा करने के लिए पता लगाया जाइन लेजर का व्यापक रूप से लेजर कटिंग मशीनों और ड्रिलिंग मशीनों में उपयोग किया जाता था, जो कि बहुत अधिक कुशल YAG लेजर रॉड (1%-3%) के आविष्कार से पहले थे।और कई सैन्य गैर घातक हथियारों ने भी छोटे रूबी छड़ें अपनाईं.

रूबी का एकल क्रिस्टल उच्च शक्ति, महान कठोरता, gउत्कृष्ट पहनने के प्रतिरोधथर्मल कंडक्टिविटी, छोटा विस्तार गुणांक, उत्कृष्ट थर्मल स्थिरता, उच्च तापमान प्रतिरोध, संक्षारण प्रतिरोध और उच्च डाइलेक्ट्रिक गुण।इसमें एक विस्तृत स्पेक्ट्रल रेंज (250-5500nm) के भीतर एक उच्च पास दर हैयह व्यापक रूप से उच्च शक्ति लेजर खिड़कियों, अवरक्त खिड़कियों और विभिन्न आकारों और विनिर्देशों के बहु-स्पेक्ट्रल खिड़कियों के उत्पादन में लागू होता है,साथ ही उच्च तकनीक वाले क्षेत्रों जैसे मिसाइल हुड में भी, प्रकाश-प्रसारक रॉड दर्पण, ऑप्टिकल लेंस और चिकित्सा सर्जिकल ब्लेड।

रूबी लेजर का जन्म

रूबी लेजर का जन्म 1960 में हुआ था संयुक्त राज्य अमेरिका में ह्यूजेस अनुसंधान प्रयोगशालाओं में,जहां भौतिक विज्ञानी थियोडोर मेमन उत्तेजित उत्सर्जन के माध्यम से माइक्रोवेव विकिरण के प्रवर्धन पर अनुसंधान कर रहे थेउस समय, वैज्ञानिकों के पास पहले से ही परमाणु ऊर्जा के स्तर और उत्तेजित उत्सर्जन के सिद्धांतों की कुछ समझ थी।उच्च तीव्रता और सुसंगतता के साथ एक प्रकाश स्रोत प्राप्त करने के लिए ऑप्टिकल आवृत्ति रेंज के लिए इन सिद्धांतों को लागू करना एक महत्वपूर्ण चुनौती बनी हुई है.

मैमन ने अपना ध्यान रूबी क्रिस्टल की ओर मोड़ा। रूबी क्रोमियम आयनों (Cr3+) के साथ डोपेड एल्यूमीनियम ऑक्साइड (Al2O3) का एक रूप है।इसकी अद्वितीय क्रिस्टल संरचना और ऊर्जा स्तर गुणों ने इसे लेजर प्रकाश उत्पन्न करने के लिए एक आदर्श उम्मीदवार बनायामैमन ने एक रूबी रॉड के दोनों छोरों को चांदी के साथ लेपित किया ताकि एक अनुनाद ऑप्टिकल गुहा में दर्पण के रूप में कार्य कर सके। फिर उन्होंने रूबी क्रिस्टल को "पंप" करने के लिए एक उच्च तीव्रता वाले फ्लैशलाइट का उपयोग किया।

जब फ्लैशलाइट तेज प्रकाश उत्सर्जित करती थी, तो रूबी में क्रोमियम आयनों ने ऊर्जा को अवशोषित किया और आधारभूत अवस्था से उत्तेजित अवस्था में संक्रमण किया। जैसे-जैसे अधिक क्रोमियम आयन उत्तेजित अवस्था तक पहुंचते थे,वे उत्तेजित उत्सर्जन से गुजरना शुरू कर दिया, 694.3 नैनोमीटर की तरंग दैर्ध्य के साथ लाल फोटॉन जारी.समान फोटोन उत्सर्जित करने के लिए अतिरिक्त क्रोमियम आयनों को उत्तेजित करनाइस श्रृंखला प्रतिक्रिया से लेजर प्रकाश का एक शक्तिशाली, अत्यधिक दिशात्मक और सुसंगत बीम उत्पन्न हुआ।

इस प्रकार दुनिया का पहला रूबी लेजर बनाया गया, जिसके द्वारा निकली तेज लाल किरण ने अंधेरे में प्रवेश किया और लेजर युग की शुरुआत की।

लेजर का कार्य सिद्धांत

क्वांटम यांत्रिकी से यह ज्ञात है कि नाभिक के बाहर इलेक्ट्रॉनों पर आधारित परमाणु की ऊर्जा विखंडित होती है और इसे व्यक्तिगत ऊर्जा स्तरों में विभाजित किया जाता है।,वे मूल अवस्था से संबंधित उत्तेजित अवस्था में संक्रमण करेंगे। यदि एक उपयुक्त ऊर्जा के साथ एक फोटॉन (प्रकाश की किरण) एक उत्तेजित अवस्था में एक परमाणु पर विकिरित किया जाता है,परमाणु अपने निचले ऊर्जा स्तर पर उतर जाएगा और एक दूसरे फोटॉन पहले के समान ही उत्सर्जित.
 

लेजर में, दुर्लभ पृथ्वी कणों (गयन पदार्थों) को दो दर्पणों के बीच रखा जाता है।उत्तेजित विकिरण द्वारा उत्पन्न फोटॉन दर्पणों के बीच फैलते हैं और नए फोटॉन उत्पन्न करने के लिए उत्तेजित विकिरण स्रोतों के रूप में कार्य करते हैं. इस तरह, लेजर लगातार उत्पादित किया जा सकता है. और इस पर आधारित है, लेजर द्वारा उत्पादित फोटॉन सभी समान हैं, एक ही ऊर्जा, दिशा और चरण है. यह कैसे लेजर काम करता है.

रूबी लेजर का गहरा प्रभाव

रूबी लेजर के जन्म ने वैज्ञानिक और तकनीकी समुदायों में झटका लगा दिया। इसने भौतिकी, रसायन विज्ञान और जीव विज्ञान जैसे क्षेत्रों में अनुसंधान के लिए अभूतपूर्व उपकरण प्रदान किए।उच्च ऊर्जा उत्पन्न करने की लेजर की क्षमता, बारीकी से केंद्रित बीम ने काटने, वेल्डिंग और ड्रिलिंग जैसी औद्योगिक प्रक्रियाओं में क्रांति ला दी, जिससे दक्षता और सटीकता में नाटकीय सुधार हुआ।

चिकित्सा क्षेत्र में, लेजर सर्जरी एक आम अभ्यास बन गया है, विशेष रूप से नेत्र चिकित्सा और कॉस्मेटिक प्रक्रियाओं में, रोगियों को कम आघात और तेजी से वसूली प्रदान करता है।लेजर प्रकाश की उच्च आवृत्ति और बैंडविड्थ ने फाइबर ऑप्टिक प्रौद्योगिकी की नींव रखी, जिससे सूचनाओं का तेजी से और दूर तक प्रसारण हो सकेगा, जिससे 'वैश्विक गांव' की अवधारणा वास्तविकता के करीब आ जाएगी।

सैन्य क्षेत्र में, लेजर हथियारों का विकास कई देशों के लिए एक प्रमुख फोकस बन गया है।और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप के प्रतिरोध का सुझाव है कि वे भविष्य के युद्ध में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकते हैं.

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