लेज़र के प्रकार और संचालन

लेज़रों को उनके लाभ माध्यम (gain medium) और पंपिंग (pumping) द्वारा वर्गीकृत किया जाता है, और Q-स्विचिंग (Q-switching) तथा मोड-लॉकिंग (mode-locking) द्वारा उत्पादित निरंतर या स्पंदित (pulsed) व्यवस्थाओं में संचालित किया जाता है।

Definition

लाभ माध्यम और उत्तेजना तंत्र (excitation mechanism) द्वारा लेज़रों का वर्गीकरण, और संचालन के तरीके, निरंतर-तरंग या स्पंदित, जिनके द्वारा उनकी आउटपुट शक्ति और अस्थायी संरचना को नियंत्रित किया जाता है।

Scope

यह विषय लेज़र के प्रमुख वर्गों और उनके संचालन के तरीकों का सर्वेक्षण करता है। इसमें हीलियम-नियॉन और कार्बन-डाइऑक्साइड जैसे गैस लेज़र, रूबी, नियोडिमियम और टाइटेनियम-नीलम जैसे सॉलिड-स्टेट लेज़र, सेमीकंडक्टर डायोड लेज़र, डाई और फाइबर लेज़र, और उनकी विशिष्ट तरंग दैर्ध्य तथा पंपिंग विधियाँ शामिल हैं। इसमें संचालन व्यवस्थाएँ भी शामिल हैं: निरंतर-तरंग आउटपुट (continuous-wave output), और Q-स्विचिंग तथा मोड-लॉकिंग द्वारा लघु और अति-लघु स्पंदों का उत्पादन, साथ ही परिणामी चरम शक्तियाँ (peak powers) और स्पंद अवधि (pulse durations)। यह अंतर्निहित लाभ भौतिकी (underlying gain physics) को विविध व्यावहारिक उपकरणों से जोड़ता है।

Core questions

• लेज़रों में किन लाभ माध्यमों का उपयोग किया जाता है और वे कौन सी तरंग दैर्ध्य उत्पन्न करते हैं?
• जनसंख्या व्युत्क्रमण (population inversion) बनाने के लिए विभिन्न लेज़रों को कैसे पंप किया जाता है?
• Q-स्विचिंग और मोड-लॉकिंग लघु स्पंदों को कैसे उत्पन्न करते हैं?
• निरंतर-तरंग और स्पंदित संचालन के बीच क्या व्यापार-बंद (trade-offs) अंतर करते हैं?

Key concepts

• गैस लेज़र
• सॉलिड-स्टेट लेज़र
• सेमीकंडक्टर डायोड लेज़र
• फाइबर लेज़र
• निरंतर-तरंग संचालन
• Q-स्विचिंग
• मोड-लॉकिंग
• अति-लघु स्पंद

Key theories

लाभ माध्यम द्वारा वर्गीकरण

लेज़रों को गैस, सॉलिड-स्टेट, सेमीकंडक्टर, डाई और फाइबर लेज़रों के रूप में समूहीकृत किया जाता है; लाभ माध्यम उपलब्ध तरंग दैर्ध्य, दक्षता और शक्ति को निर्धारित करता है, और प्रकाश, विद्युत प्रवाह या डिस्चार्ज द्वारा उपयुक्त पंपिंग को निर्देशित करता है।

Q-स्विचिंग और मोड-लॉकिंग द्वारा स्पंदित संचालन

Q-स्विचिंग कैविटी गुणवत्ता कारक (cavity quality factor) को खराब करता है और फिर अचानक संग्रहीत ऊर्जा को एक तीव्र नैनोसेकंड स्पंद के रूप में जारी करने के लिए इसे पुनर्स्थापित करता है, जबकि मोड-लॉकिंग कई अनुदैर्ध्य मोड (longitudinal modes) को एक साथ चरणबद्ध करता है ताकि पिकोसेकंड या फेम्टोसेकंड स्पंदों की एक श्रृंखला उत्पन्न हो सके।

Clinical relevance

विभिन्न लेज़र प्रकार विभिन्न चिकित्सा उपयोगों के लिए उपयुक्त हैं: कोमल ऊतक काटने के लिए कार्बन-डाइऑक्साइड लेज़र, नेत्र संबंधी और त्वचा संबंधी प्रक्रियाओं के लिए नियोडिमियम और एर्बियम लेज़र, कॉर्निया को नया आकार देने के लिए एक्सिमर लेज़र, और फोटोकोगुलेशन (photocoagulation) के लिए डायोड लेज़र, जिसमें स्पंदित संचालन सटीक, कम-संपार्श्विक-क्षति (low-collateral-damage) ऊतक संपर्क को सक्षम बनाता है।

History

मैमन ने 1960 में पहला लेज़र, एक स्पंदित रूबी उपकरण बनाया; जावन और उनके सहयोगियों ने इसके तुरंत बाद निरंतर हीलियम-नियॉन गैस लेज़र का प्रदर्शन किया, और हॉल के समूह ने 1962 में पहला सेमीकंडक्टर डायोड लेज़र बनाया। बाद के दशकों में कार्बन-डाइऑक्साइड, डाई, फाइबर और टाइटेनियम-नीलम लेज़र तथा Q-स्विचिंग और मोड-लॉकिंग की तकनीकें जोड़ी गईं।

Key figures

• Theodore H. Maiman
• Ali Javan
• Robert N. Hall

Seminal works

• svelto2010
• salehteich2019

Frequently asked questions

निरंतर-तरंग और स्पंदित लेज़र में क्या अंतर है?

एक निरंतर-तरंग लेज़र स्थिर शक्ति की एक स्थिर किरण उत्सर्जित करता है, जबकि एक स्पंदित लेज़र अपनी ऊर्जा को संक्षिप्त विस्फोटों में केंद्रित करता है, उन अनुप्रयोगों के लिए अपनी औसत शक्ति की तुलना में बहुत अधिक चरम शक्ति प्राप्त करता है जिन्हें तीव्र, लघु एक्सपोजर की आवश्यकता होती है।

अति-लघु फेम्टोसेकंड स्पंद कैसे उत्पन्न होते हैं?

मोड-लॉकिंग लेज़र के कई अनुदैर्ध्य मोड को एक निश्चित चरण संबंध के साथ दोलन करने के लिए मजबूर करता है, ताकि वे एक अत्यंत लघु स्पंद बनाने के लिए हस्तक्षेप करें जो कैविटी में घूमता है और एक नियमित ट्रेन के रूप में उत्सर्जित होता है।