লেজার তৈরির নীতি

কেন আমাদের লেজারের নীতি জানতে হবে?

সাধারণ সেমিকন্ডাক্টর লেজার, ফাইবার, ডিস্ক এবং এর মধ্যে পার্থক্য জানাYAG লেজারনির্বাচন প্রক্রিয়া চলাকালীন আরও ভাল বোঝার এবং আরও আলোচনায় জড়িত হতে সাহায্য করতে পারে।

নিবন্ধটি প্রধানত জনপ্রিয় বিজ্ঞানের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে: লেজার তৈরির নীতির একটি সংক্ষিপ্ত ভূমিকা, লেজারের মূল কাঠামো এবং বেশ কয়েকটি সাধারণ ধরণের লেজার।

প্রথমত, লেজার প্রজন্মের নীতি

লেজার আলো এবং পদার্থের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া দ্বারা উত্পন্ন হয়, যা উদ্দীপিত বিকিরণ পরিবর্ধন হিসাবে পরিচিত; উদ্দীপিত বিকিরণ পরিবর্ধন বোঝার জন্য আইনস্টাইনের স্বতঃস্ফূর্ত নির্গমন, উদ্দীপিত শোষণ, এবং উদ্দীপিত বিকিরণ, সেইসাথে কিছু প্রয়োজনীয় তাত্ত্বিক ভিত্তি বোঝার প্রয়োজন।

তাত্ত্বিক ভিত্তি 1: বোহর মডেল

বোহর মডেলটি মূলত পরমাণুর অভ্যন্তরীণ কাঠামো প্রদান করে, লেজারগুলি কীভাবে ঘটে তা বোঝা সহজ করে তোলে। একটি পরমাণু একটি নিউক্লিয়াস এবং নিউক্লিয়াসের বাইরে ইলেকট্রন দ্বারা গঠিত এবং ইলেকট্রনের কক্ষপথগুলি নির্বিচারে হয় না। ইলেক্ট্রনের শুধুমাত্র কিছু নির্দিষ্ট অরবিটাল থাকে, যার মধ্যে সবচেয়ে ভেতরের অরবিটালকে স্থল অবস্থা বলা হয়; যদি একটি ইলেকট্রন স্থল অবস্থায় থাকে তবে তার শক্তি সবচেয়ে কম। যদি একটি ইলেকট্রন একটি কক্ষপথ থেকে লাফ দেয়, তবে তাকে প্রথম উত্তেজিত অবস্থা বলা হয় এবং প্রথম উত্তেজিত অবস্থার শক্তি স্থল অবস্থার চেয়ে বেশি হবে; আরেকটি কক্ষপথকে দ্বিতীয় উত্তেজিত অবস্থা বলা হয়;

লেজার ঘটতে পারে কারণ এই মডেলে ইলেকট্রন বিভিন্ন কক্ষপথে চলাচল করবে। যদি ইলেকট্রন শক্তি শোষণ করে তবে তারা স্থল অবস্থা থেকে উত্তেজিত অবস্থায় ছুটতে পারে; যদি একটি ইলেক্ট্রন উত্তেজিত অবস্থা থেকে স্থল অবস্থায় ফিরে আসে, তবে এটি শক্তি মুক্ত করবে, যা প্রায়শই একটি লেজারের আকারে মুক্তি পায়।

তাত্ত্বিক ভিত্তি 2: আইনস্টাইনের উদ্দীপিত বিকিরণ তত্ত্ব

1917 সালে, আইনস্টাইন উদ্দীপিত বিকিরণ তত্ত্বের প্রস্তাব করেছিলেন, যা লেজার এবং লেজার উত্পাদনের তাত্ত্বিক ভিত্তি: পদার্থের শোষণ বা নির্গমন মূলত বিকিরণ ক্ষেত্র এবং পদার্থ তৈরিকারী কণাগুলির মধ্যে মিথস্ক্রিয়ার ফলাফল এবং এর মূল সারমর্ম হল বিভিন্ন শক্তি স্তরের মধ্যে কণার স্থানান্তর। আলো এবং পদার্থের মধ্যে মিথস্ক্রিয়ায় তিনটি ভিন্ন প্রক্রিয়া রয়েছে: স্বতঃস্ফূর্ত নির্গমন, উদ্দীপিত নির্গমন এবং উদ্দীপিত শোষণ। একটি বিশাল সংখ্যক কণা ধারণকারী সিস্টেমের জন্য, এই তিনটি প্রক্রিয়া সর্বদা সহাবস্থান করে এবং ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত।

স্বতঃস্ফূর্ত নির্গমন:

চিত্রে দেখানো হয়েছে: উচ্চ-শক্তি স্তর E2-এর একটি ইলেকট্রন স্বতঃস্ফূর্তভাবে নিম্ন-শক্তি স্তর E1-এ রূপান্তরিত হয় এবং hv-এর শক্তি সহ একটি ফোটন নির্গত করে, এবং hv=E2-E1; এই স্বতঃস্ফূর্ত এবং সম্পর্কহীন স্থানান্তর প্রক্রিয়াটিকে স্বতঃস্ফূর্ত রূপান্তর বলা হয় এবং স্বতঃস্ফূর্ত পরিবর্তনের ফলে নির্গত আলোক তরঙ্গকে স্বতঃস্ফূর্ত বিকিরণ বলা হয়।

স্বতঃস্ফূর্ত নির্গমনের বৈশিষ্ট্য: প্রতিটি ফোটন স্বাধীন, বিভিন্ন দিক এবং পর্যায় সহ, এবং ঘটনার সময়ও এলোমেলো। এটি অসংলগ্ন এবং বিশৃঙ্খল আলোর অন্তর্গত, যা লেজারের প্রয়োজনীয় আলো নয়। অতএব, লেজার জেনারেশন প্রক্রিয়ার জন্য এই ধরনের বিপথগামী আলো কমাতে হবে। এটি বিভিন্ন লেজারের তরঙ্গদৈর্ঘ্যের বিপথগামী আলো থাকার অন্যতম কারণ। যদি ভালভাবে নিয়ন্ত্রণ করা হয়, লেজারে স্বতঃস্ফূর্ত নির্গমনের অনুপাত উপেক্ষা করা যেতে পারে। লেজার যত খাঁটি, যেমন 1060 এনএম, এটি সব 1060 এনএম, এই ধরনের লেজারের একটি অপেক্ষাকৃত স্থিতিশীল শোষণ হার এবং শক্তি রয়েছে।

উদ্দীপিত শোষণ:

কম শক্তির স্তরে (নিম্ন অরবিটাল) ইলেকট্রন, ফোটন শোষণের পরে, উচ্চ শক্তির স্তরে (উচ্চ অরবিটাল) রূপান্তর করে এবং এই প্রক্রিয়াটিকে উদ্দীপিত শোষণ বলে। উদ্দীপিত শোষণ অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ এবং মূল পাম্পিং প্রক্রিয়াগুলির মধ্যে একটি। লেজারের পাম্প উৎস ফোটন শক্তি সরবরাহ করে যাতে কণাগুলিকে লাভের মাধ্যমে রূপান্তরিত করে এবং উচ্চ শক্তির স্তরে উদ্দীপিত বিকিরণের জন্য অপেক্ষা করে, লেজার নির্গত করে।

উদ্দীপিত বিকিরণ:

বাহ্যিক শক্তির আলো (hv=E2-E1) দ্বারা বিকিরণিত হলে, উচ্চ শক্তি স্তরের ইলেকট্রন বাহ্যিক ফোটন দ্বারা উত্তেজিত হয় এবং নিম্ন শক্তি স্তরে লাফ দেয় (উচ্চ কক্ষপথটি নিম্ন কক্ষপথে চলে)। একই সময়ে, এটি একটি ফোটন নির্গত করে যা বহিরাগত ফোটনের মতোই। এই প্রক্রিয়াটি মূল উত্তেজনা আলো শোষণ করে না, তাই দুটি অভিন্ন ফোটন থাকবে, যা বোঝা যাবে যেহেতু ইলেকট্রন পূর্বে শোষিত ফোটনকে ছিটকে দেয়, এই আলোক প্রক্রিয়াটিকে উদ্দীপিত বিকিরণ বলা হয়, যা উদ্দীপিত শোষণের বিপরীত প্রক্রিয়া।

তত্ত্বটি পরিষ্কার হওয়ার পরে, উপরের চিত্রে দেখানো হয়েছে যে লেজার তৈরি করা খুব সহজ: বস্তুগত স্থিতিশীলতার সাধারণ পরিস্থিতিতে, ইলেকট্রনগুলির বিশাল সংখ্যা স্থল অবস্থায় থাকে, ইলেকট্রনগুলি স্থল অবস্থায় থাকে এবং লেজার নির্ভর করে উদ্দীপিত বিকিরণ। অতএব, লেজারের গঠনটি হল প্রথমে উদ্দীপিত শোষণের অনুমতি দেওয়া, ইলেকট্রনগুলিকে উচ্চ শক্তির স্তরে নিয়ে আসা, এবং তারপরে একটি উত্তেজনা প্রদান করে যাতে প্রচুর পরিমাণে উচ্চ শক্তি স্তরের ইলেকট্রনগুলি উদ্দীপিত বিকিরণ সহ্য করে, ফোটনগুলি ছেড়ে দেয়, এটি থেকে, লেজার তৈরি করা যেতে পারে। এর পরে, আমরা লেজারের গঠন প্রবর্তন করব।

লেজার গঠন:

লেজার গঠনের সাথে লেজার জেনারেশনের অবস্থার সাথে এক এক করে আগে উল্লিখিত করুন:

ঘটনার অবস্থা এবং সংশ্লিষ্ট কাঠামো:

1. একটি লাভের মাধ্যম রয়েছে যা লেজারের কাজের মাধ্যম হিসাবে পরিবর্ধন প্রভাব প্রদান করে এবং এর সক্রিয় কণাগুলির একটি শক্তি স্তরের কাঠামো রয়েছে যা উদ্দীপিত বিকিরণ তৈরির জন্য উপযুক্ত (প্রধানত ইলেকট্রনগুলিকে উচ্চ-শক্তির অরবিটালে পাম্প করতে সক্ষম এবং একটি নির্দিষ্ট সময়ের জন্য বিদ্যমান। , এবং তারপর উদ্দীপিত বিকিরণের মাধ্যমে এক নিঃশ্বাসে ফোটন ছেড়ে দেয়);

2. একটি বাহ্যিক উত্তেজনা উত্স (পাম্প উত্স) রয়েছে যা নীচের স্তর থেকে উপরের স্তরে ইলেক্ট্রনগুলিকে পাম্প করতে পারে, যার ফলে লেজারের উপরের এবং নীচের স্তরগুলির মধ্যে কণার সংখ্যা বিপরীত হয় (অর্থাৎ, যখন সেখানে উচ্চ-শক্তির কণা থাকে কম-শক্তির কণা), যেমন YAG লেজারে জেনন বাতি;

3. একটি অনুরণিত গহ্বর রয়েছে যা লেজারের দোলন অর্জন করতে পারে, লেজারের কার্যকারী উপাদানের কাজের দৈর্ঘ্য বাড়াতে পারে, আলোক তরঙ্গ মোড স্ক্রীন করতে পারে, রশ্মির প্রচারের দিক নিয়ন্ত্রণ করতে পারে, একরঙাতা উন্নত করতে উদ্দীপিত বিকিরণ ফ্রিকোয়েন্সিকে বেছে বেছে প্রসারিত করতে পারে (নিশ্চিত করে যে লেজার একটি নির্দিষ্ট শক্তিতে আউটপুট হয়)।

সংশ্লিষ্ট কাঠামোটি উপরের চিত্রে দেখানো হয়েছে, যা একটি YAG লেজারের একটি সাধারণ কাঠামো। অন্যান্য কাঠামো আরো জটিল হতে পারে, কিন্তু মূল হল এটি। লেজার জেনারেশন প্রক্রিয়া চিত্রে দেখানো হয়েছে:

লেজার শ্রেণীবিভাগ: সাধারণত লাভের মাধ্যম বা লেজার শক্তি ফর্ম দ্বারা শ্রেণীবদ্ধ করা হয়

মাঝারি শ্রেণীবিভাগ লাভ:

কার্বন ডাই অক্সাইড লেজার: কার্বন ডাই অক্সাইড লেজারের লাভের মাধ্যম হল হিলিয়াম এবংCO2 লেজার,10.6um এর লেজার তরঙ্গদৈর্ঘ্য সহ, যা প্রথম দিকের লেজার পণ্যগুলির মধ্যে একটি। প্রারম্ভিক লেজার ঢালাই মূলত কার্বন ডাই অক্সাইড লেজারের উপর ভিত্তি করে ছিল, যা বর্তমানে প্রধানত ঢালাই এবং অ ধাতব পদার্থ (কাপড়, প্লাস্টিক, কাঠ ইত্যাদি) কাটার জন্য ব্যবহৃত হয়। এছাড়াও, এটি লিথোগ্রাফি মেশিনেও ব্যবহৃত হয়। কার্বন ডাই অক্সাইড লেজার অপটিক্যাল ফাইবারের মাধ্যমে প্রেরণ করা যায় না এবং স্থানিক অপটিক্যাল পাথের মাধ্যমে ভ্রমণ করা যায় না, প্রথম দিকের টংকুই তুলনামূলকভাবে ভালভাবে সম্পন্ন হয়েছিল এবং প্রচুর কাটিয়া সরঞ্জাম ব্যবহার করা হয়েছিল;

YAG (ইট্রিয়াম অ্যালুমিনিয়াম গারনেট) লেজার: নিওডিয়ামিয়াম (Nd) বা yttrium (Yb) ধাতব আয়নগুলির সাথে ডপ করা YAG স্ফটিকগুলি লেজার লাভের মাধ্যম হিসাবে ব্যবহৃত হয়, যার নির্গমন তরঙ্গদৈর্ঘ্য 1.06um। YAG লেজার উচ্চতর ডাল আউটপুট করতে পারে, তবে গড় শক্তি কম, এবং সর্বোচ্চ শক্তি গড় শক্তির 15 গুণে পৌঁছতে পারে। এটি প্রধানত একটি পালস লেজার হলে, ক্রমাগত আউটপুট অর্জন করা যাবে না; কিন্তু এটি অপটিক্যাল ফাইবারের মাধ্যমে প্রেরণ করা যেতে পারে, এবং একই সময়ে, ধাতব পদার্থের শোষণের হার বৃদ্ধি পায় এবং এটি উচ্চ প্রতিফলিত পদার্থে প্রয়োগ করা শুরু হয়, প্রথমে 3C ক্ষেত্রে প্রয়োগ করা হয়;

ফাইবার লেজার: বাজারে বর্তমান মূলধারা 1060nm তরঙ্গদৈর্ঘ্য সহ, লাভের মাধ্যম হিসাবে ytterbium ডোপড ফাইবার ব্যবহার করে। মাঝারি আকারের উপর ভিত্তি করে এটি আবার ফাইবার এবং ডিস্ক লেজারে বিভক্ত; ফাইবার অপটিক আইপিজি প্রতিনিধিত্ব করে, যখন ডিস্ক টংকুইয়ের প্রতিনিধিত্ব করে।

সেমিকন্ডাক্টর লেজার: লাভের মাধ্যমটি একটি সেমিকন্ডাক্টর পিএন জংশন, এবং সেমিকন্ডাক্টর লেজারের তরঙ্গদৈর্ঘ্য প্রধানত 976nm। বর্তমানে, অর্ধপরিবাহী কাছাকাছি-ইনফ্রারেড লেজারগুলি প্রধানত ক্ল্যাডিংয়ের জন্য ব্যবহৃত হয়, যেখানে 600um এর উপরে হালকা দাগ রয়েছে। লেজারলাইন হল সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলির একটি প্রতিনিধি উদ্যোগ।

শক্তি কর্মের ফর্ম দ্বারা শ্রেণীবদ্ধ: পালস লেজার (PULSE), কোয়াসি কন্টিনিউয়াস লেজার (QCW), একটানা লেজার (CW)

পালস লেজার: ন্যানোসেকেন্ড, পিকোসেকেন্ড, ফেমটোসেকেন্ড, এই উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি পালস লেজার (এনএস, পালস প্রস্থ) প্রায়শই উচ্চ শিখর শক্তি, উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি (MHZ) প্রক্রিয়াকরণ অর্জন করতে পারে, যা পাতলা তামা এবং অ্যালুমিনিয়াম ভিন্ন পদার্থ প্রক্রিয়াকরণের জন্য ব্যবহৃত হয়, সেইসাথে বেশিরভাগ পরিষ্কার করার জন্য . উচ্চ শিখর শক্তি ব্যবহার করে, এটি দ্রুত বেস উপাদান গলতে পারে, কম কর্ম সময় এবং ছোট তাপ প্রভাবিত জোন সহ। এটি অতি-পাতলা উপকরণ প্রক্রিয়াকরণের সুবিধা রয়েছে (0.5 মিমি নীচে);

কোয়াসি একটানা লেজার (QCW): উচ্চ পুনরাবৃত্তির হার এবং কম শুল্ক চক্রের কারণে (50% এর নিচে), এর পালস প্রস্থQCW লেজারকিলোওয়াট স্তরের অবিচ্ছিন্ন ফাইবার লেজার এবং Q-সুইচড পালস লেজারের মধ্যে ব্যবধান পূরণ করে 50 us-50 ms পৌঁছায়; একটি আধা অবিচ্ছিন্ন ফাইবার লেজারের সর্বোচ্চ শক্তি ক্রমাগত মোড অপারেশনের অধীনে গড় শক্তির 10 গুণে পৌঁছতে পারে। QCW লেজারগুলির সাধারণত দুটি মোড থাকে, একটি হল কম শক্তিতে অবিচ্ছিন্ন ঢালাই, এবং অন্যটি হল স্পন্দিত লেজার ঢালাই যার সর্বোচ্চ শক্তি গড় শক্তির 10 গুণ বেশি, যা মোটা উপকরণ এবং আরও তাপ ঢালাই অর্জন করতে পারে, পাশাপাশি তাপ নিয়ন্ত্রণ করে। খুব ছোট পরিসর;

কন্টিনিউয়াস লেজার (CW): এটি সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত হয়, এবং বাজারে দেখা বেশিরভাগ লেজার হল CW লেজার যা ঢালাই প্রক্রিয়াকরণের জন্য ক্রমাগত লেজার আউটপুট করে। ফাইবার লেজারগুলি বিভিন্ন মূল ব্যাস এবং মরীচি গুণাবলী অনুসারে একক-মোড এবং মাল্টি-মোড লেজারে বিভক্ত এবং বিভিন্ন প্রয়োগের পরিস্থিতিতে অভিযোজিত হতে পারে।