१. लेझर निर्मितीचे तत्त्व
अणूची रचना एका लहान सूर्यमालेसारखी असते, ज्याच्या मध्यभागी अणू केंद्रक असते. इलेक्ट्रॉन अणू केंद्रकाभोवती सतत फिरत असतात आणि अणू केंद्रक देखील सतत फिरत असते.
केंद्रक प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन यांनी बनलेले असते. प्रोटॉन धनप्रभारित असतात आणि न्यूट्रॉन अप्रभारित असतात. संपूर्ण केंद्रकावरील धनप्रभारांची संख्या ही संपूर्ण इलेक्ट्रॉनवरील ऋणप्रभारांच्या संख्येइतकी असते, त्यामुळे सामान्यतः अणू बाह्य जगासाठी उदासीन असतात.
अणूच्या वस्तुमानाचा विचार केल्यास, अणूचे बहुतेक वस्तुमान केंद्रकात एकवटलेले असते आणि सर्व इलेक्ट्रॉन्सनी व्यापलेले वस्तुमान खूपच कमी असते. अणूच्या संरचनेत, केंद्रक केवळ थोडी जागा व्यापते. इलेक्ट्रॉन्स केंद्रकाभोवती फिरतात आणि त्यांच्या कार्यासाठी खूप मोठी जागा उपलब्ध असते.
अणूंमध्ये “अंतर्गत ऊर्जा” असते, जी दोन भागांनी बनलेली असते: एक म्हणजे इलेक्ट्रॉनचा परिभ्रमण वेग आणि एक विशिष्ट गतिज ऊर्जा; आणि दुसरे म्हणजे ऋणभारित इलेक्ट्रॉन आणि धनभारित केंद्रक यांच्यातील अंतर आणि एक विशिष्ट स्थितिज ऊर्जा. सर्व इलेक्ट्रॉनच्या गतिज ऊर्जा आणि स्थितिज ऊर्जेची बेरीज म्हणजे संपूर्ण अणूची ऊर्जा, जिला अणूची अंतर्गत ऊर्जा म्हणतात.
सर्व इलेक्ट्रॉन केंद्रकाभोवती फिरतात; कधीकधी केंद्रकाच्या जवळ या इलेक्ट्रॉनची ऊर्जा कमी असते; कधीकधी केंद्रकापासून दूर या इलेक्ट्रॉनची ऊर्जा जास्त असते; घडण्याच्या संभाव्यतेनुसार, लोक इलेक्ट्रॉनच्या थराला वेगवेगळ्या "ऊर्जा पातळ्यांमध्ये" विभागतात; एका विशिष्ट "ऊर्जा पातळीवर" अनेक इलेक्ट्रॉन वारंवार फिरत असू शकतात, आणि प्रत्येक इलेक्ट्रॉनची कक्षा निश्चित नसते, परंतु या सर्व इलेक्ट्रॉनची ऊर्जा पातळी समान असते; "ऊर्जा पातळ्या" एकमेकांपासून वेगळ्या असतात. होय, त्या ऊर्जा पातळ्यांनुसार वेगळ्या केल्या जातात. "ऊर्जा पातळी" ही संकल्पना केवळ इलेक्ट्रॉनला ऊर्जेनुसार पातळ्यांमध्ये विभागते असे नाही, तर इलेक्ट्रॉनच्या परिभ्रमणाच्या जागेलाही अनेक पातळ्यांमध्ये विभागते. थोडक्यात, एका अणूमध्ये अनेक ऊर्जा पातळ्या असू शकतात, आणि वेगवेगळ्या ऊर्जा पातळ्या वेगवेगळ्या ऊर्जांशी संबंधित असतात; काही इलेक्ट्रॉन "कमी ऊर्जा पातळीवर" फिरतात आणि काही इलेक्ट्रॉन "उच्च ऊर्जा पातळीवर" फिरतात.
आजकाल, माध्यमिक शाळेच्या भौतिकशास्त्राच्या पुस्तकांमध्ये विशिष्ट अणूंची संरचनात्मक वैशिष्ट्ये, प्रत्येक इलेक्ट्रॉन थरातील इलेक्ट्रॉन वितरणाचे नियम आणि वेगवेगळ्या ऊर्जा स्तरांवरील इलेक्ट्रॉनची संख्या स्पष्टपणे नमूद केलेली असते.
अणु प्रणालीमध्ये, इलेक्ट्रॉन मूलतः थरांमध्ये फिरतात, ज्यात काही अणू उच्च ऊर्जा पातळीवर आणि काही कमी ऊर्जा पातळीवर असतात; कारण अणूंवर नेहमी बाह्य वातावरणाचा (तापमान, विद्युत, चुंबकत्व) परिणाम होत असतो, उच्च-ऊर्जा पातळीवरील इलेक्ट्रॉन अस्थिर असतात आणि ते उत्स्फूर्तपणे कमी ऊर्जा पातळीवर जातात. याचा परिणाम शोषला जाऊ शकतो, किंवा तो विशेष उत्तेजन प्रभाव निर्माण करून "उत्स्फूर्त उत्सर्जन" घडवू शकतो. म्हणून, अणु प्रणालीमध्ये, जेव्हा उच्च-ऊर्जा पातळीवरील इलेक्ट्रॉन कमी-ऊर्जा पातळीवर जातात, तेव्हा दोन स्वरूपे दिसून येतात: "उत्स्फूर्त उत्सर्जन" आणि "प्रेरित उत्सर्जन".
स्वयंस्फूर्त प्रारणामध्ये, उच्च-ऊर्जा स्थितीतील इलेक्ट्रॉन अस्थिर असतात आणि बाह्य वातावरणाच्या (तापमान, विद्युत, चुंबकत्व) प्रभावामुळे ते स्वयंस्फूर्तपणे कमी-ऊर्जा स्थितीकडे स्थलांतरित होतात, आणि अतिरिक्त ऊर्जा फोटॉनच्या स्वरूपात उत्सर्जित होते. या प्रकारच्या प्रारणाचे वैशिष्ट्य म्हणजे प्रत्येक इलेक्ट्रॉनचे संक्रमण स्वतंत्रपणे आणि यादृच्छिक पद्धतीने होते. वेगवेगळ्या इलेक्ट्रॉनच्या स्वयंस्फूर्त उत्सर्जनाच्या फोटॉन अवस्था वेगवेगळ्या असतात. प्रकाशाचे स्वयंस्फूर्त उत्सर्जन "असंगत" अवस्थेत असते आणि त्याच्या दिशा विखुरलेल्या असतात. तथापि, स्वयंस्फूर्त प्रारणामध्ये अणूंची स्वतःची वैशिष्ट्ये असतात आणि वेगवेगळ्या अणूंच्या स्वयंस्फूर्त प्रारणाचे वर्णपट वेगवेगळे असतात. हे सांगताना, लोकांना भौतिकशास्त्रातील एका मूलभूत ज्ञानाची आठवण होते, "कोणत्याही वस्तूमध्ये उष्णता उत्सर्जित करण्याची क्षमता असते आणि त्या वस्तूमध्ये विद्युतचुंबकीय लहरी सतत शोषून घेण्याची आणि उत्सर्जित करण्याची क्षमता असते. उष्णतेमुळे उत्सर्जित होणाऱ्या विद्युतचुंबकीय लहरींचे एक विशिष्ट वर्णपटीय वितरण असते. हे वर्णपटीय वितरण वस्तूच्या स्वतःच्या गुणधर्मांशी आणि तिच्या तापमानाशी संबंधित असते." म्हणून, औष्णिक प्रारणाच्या अस्तित्वाचे कारण म्हणजे अणूंचे स्वयंस्फूर्त उत्सर्जन होय.
उत्तेजित उत्सर्जनामध्ये, उच्च-ऊर्जा पातळीचे इलेक्ट्रॉन 'परिस्थितीला अनुकूल असलेल्या फोटॉनच्या' 'उत्तेजनाखाली' किंवा 'प्रेरणेखाली' कमी-ऊर्जा पातळीवर जातात आणि आपाती फोटॉनच्या समान वारंवारतेचा एक फोटॉन उत्सर्जित करतात. उत्तेजित प्रारणाचे सर्वात मोठे वैशिष्ट्य हे आहे की, उत्तेजित प्रारणाद्वारे निर्माण झालेल्या फोटॉनची अवस्था, उत्तेजित प्रारण निर्माण करणाऱ्या आपाती फोटॉनच्या अवस्थेसारखीच असते. ते 'सुसंगत' अवस्थेत असतात. त्यांची वारंवारता आणि दिशा समान असते, आणि त्या दोन्हींमधील फरक ओळखणे पूर्णपणे अशक्य असते. अशा प्रकारे, एका उत्तेजित उत्सर्जनाद्वारे एका फोटॉनचे दोन एकसारखे फोटॉन बनतात. याचा अर्थ असा की प्रकाश तीव्र होतो, किंवा 'प्रवर्धित' होतो.
आता आपण पुन्हा विश्लेषण करूया की, अधिकाधिक वारंवार उत्तेजित किरणोत्सर्ग मिळवण्यासाठी कोणत्या परिस्थितींची आवश्यकता असते?
सामान्य परिस्थितीत, उच्च ऊर्जा स्तरांमधील इलेक्ट्रॉनची संख्या नेहमीच निम्न ऊर्जा स्तरांमधील इलेक्ट्रॉनच्या संख्येपेक्षा कमी असते. जर तुम्हाला अणूंमधून उत्तेजित किरणोत्सर्ग निर्माण करायचा असेल, तर तुम्हाला उच्च ऊर्जा स्तरांमधील इलेक्ट्रॉनची संख्या वाढवावी लागेल, म्हणून तुम्हाला एका "पंप स्रोता"ची आवश्यकता असते, ज्याचा उद्देश अधिक उत्तेजित करणे हा असतो. निम्न-ऊर्जा स्तरावरील जास्त इलेक्ट्रॉन उच्च-ऊर्जा स्तरांवर उडी मारतात, त्यामुळे उच्च-ऊर्जा स्तरावरील इलेक्ट्रॉनची संख्या निम्न-ऊर्जा स्तरावरील इलेक्ट्रॉनच्या संख्येपेक्षा जास्त होते आणि "कण संख्या उलट" होते. जास्त झालेले उच्च-ऊर्जा स्तरावरील इलेक्ट्रॉन केवळ खूप कमी काळासाठीच राहू शकतात. ते निम्न ऊर्जा स्तरावर उडी मारतात, त्यामुळे उत्तेजित किरणोत्सर्गाच्या उत्सर्जनाची शक्यता वाढते.
अर्थातच, वेगवेगळ्या अणूंसाठी 'पंप सोर्स' सेट केलेला असतो. तो इलेक्ट्रॉन्सना 'रेजोनेंट' करतो आणि कमी-ऊर्जा पातळीच्या अधिक इलेक्ट्रॉन्सना उच्च-ऊर्जा पातळीवर जाण्याची संधी देतो. वाचकांना आता मूलभूतपणे समजू शकते की, लेझर म्हणजे काय? लेझर कसा तयार होतो? लेझर म्हणजे 'प्रकाश विकिरण', जे एका विशिष्ट 'पंप सोर्स'च्या क्रियेखाली वस्तूच्या अणूंद्वारे 'उत्तेजित' केले जाते. यालाच लेझर म्हणतात.
पोस्ट करण्याची वेळ: २७ मे २०२४
