ലേസറും അതിന്റെ പ്രോസസ്സിംഗ് സിസ്റ്റവും

1. ലേസർ ജനറേഷന്റെ തത്വം

ആറ്റോമിക് ഘടന ഒരു ചെറിയ സൗരയൂഥം പോലെയാണ്, മധ്യത്തിൽ ആറ്റോമിക് ന്യൂക്ലിയസ് ഉണ്ട്. ഇലക്ട്രോണുകൾ ആറ്റോമിക് ന്യൂക്ലിയസിന് ചുറ്റും നിരന്തരം കറങ്ങിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ ആറ്റോമിക് ന്യൂക്ലിയസും നിരന്തരം കറങ്ങിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്നു.

ന്യൂക്ലിയസ് പ്രോട്ടോണുകളും ന്യൂട്രോണുകളും ചേർന്നതാണ്. പ്രോട്ടോണുകൾ പോസിറ്റീവ് ചാർജുള്ളവയാണ്, ന്യൂട്രോണുകൾ ചാർജ്ജ് ചെയ്യപ്പെടാത്തവയാണ്. മുഴുവൻ ന്യൂക്ലിയസും വഹിക്കുന്ന പോസിറ്റീവ് ചാർജുകളുടെ എണ്ണം മുഴുവൻ ഇലക്ട്രോണുകളും വഹിക്കുന്ന നെഗറ്റീവ് ചാർജുകളുടെ എണ്ണത്തിന് തുല്യമാണ്, അതിനാൽ പൊതുവെ ആറ്റങ്ങൾ പുറം ലോകവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട് നിഷ്പക്ഷമാണ്.

ഒരു ആറ്റത്തിന്റെ പിണ്ഡത്തെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം, ന്യൂക്ലിയസ് ആറ്റത്തിന്റെ പിണ്ഡത്തിന്റെ ഭൂരിഭാഗവും കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു, കൂടാതെ എല്ലാ ഇലക്ട്രോണുകളും ഉൾക്കൊള്ളുന്ന പിണ്ഡം വളരെ ചെറുതാണ്. ആറ്റോമിക് ഘടനയിൽ, ന്യൂക്ലിയസ് ഒരു ചെറിയ ഇടം മാത്രമേ ഉൾക്കൊള്ളുന്നുള്ളൂ. ഇലക്ട്രോണുകൾ ന്യൂക്ലിയസിന് ചുറ്റും കറങ്ങുന്നു, കൂടാതെ ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് പ്രവർത്തനത്തിന് വളരെ വലിയ ഇടമുണ്ട്.

ആറ്റങ്ങൾക്ക് "ആന്തരിക ഊർജ്ജം" ഉണ്ട്, അതിൽ രണ്ട് ഭാഗങ്ങളുണ്ട്: ഒന്ന് ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് പരിക്രമണ വേഗതയും ഒരു നിശ്ചിത ഗതികോർജ്ജവും ഉണ്ടെന്നതാണ്; മറ്റൊന്ന്, നെഗറ്റീവ് ചാർജ്ജ് ചെയ്ത ഇലക്ട്രോണുകൾക്കും പോസിറ്റീവ് ചാർജ്ജ് ചെയ്ത ന്യൂക്ലിയസിനും ഇടയിൽ ഒരു അകലമുണ്ട്, കൂടാതെ ഒരു നിശ്ചിത അളവിലുള്ള പൊട്ടൻഷ്യൽ ഊർജ്ജവുമുണ്ട്. എല്ലാ ഇലക്ട്രോണുകളുടെയും ഗതികോർജ്ജത്തിന്റെയും പൊട്ടൻഷ്യൽ ഊർജ്ജത്തിന്റെയും ആകെത്തുക മുഴുവൻ ആറ്റത്തിന്റെയും ഊർജ്ജമാണ്, ഇതിനെ ആറ്റത്തിന്റെ ആന്തരിക ഊർജ്ജം എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

എല്ലാ ഇലക്ട്രോണുകളും ന്യൂക്ലിയസിന് ചുറ്റും കറങ്ങുന്നു; ചിലപ്പോൾ ന്യൂക്ലിയസിനോട് അടുത്ത്, ഈ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഊർജ്ജം ചെറുതായിരിക്കും; ചിലപ്പോൾ ന്യൂക്ലിയസിൽ നിന്ന് കൂടുതൽ അകലെ, ഈ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഊർജ്ജം വലുതായിരിക്കും; സംഭവിക്കാനുള്ള സാധ്യത അനുസരിച്ച്, ആളുകൾ ഇലക്ട്രോൺ പാളിയെ വ്യത്യസ്ത ""ഊർജ്ജ നില""യായി വിഭജിക്കുന്നു; ഒരു നിശ്ചിത "ഊർജ്ജ തലത്തിൽ", ഒന്നിലധികം ഇലക്ട്രോണുകൾ ഇടയ്ക്കിടെ പരിക്രമണം ചെയ്യുന്നുണ്ടാകാം, ഓരോ ഇലക്ട്രോണിനും ഒരു നിശ്ചിത ഭ്രമണപഥം ഇല്ല, പക്ഷേ ഈ ഇലക്ട്രോണുകൾക്കെല്ലാം ഒരേ ഊർജ്ജ നിലയുണ്ട്; ""ഊർജ്ജ നിലകൾ"" പരസ്പരം വേർതിരിച്ചിരിക്കുന്നു. അതെ, ഊർജ്ജ നിലകൾ അനുസരിച്ച് അവ ഒറ്റപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ""ഊർജ്ജ നില"" എന്ന ആശയം ഇലക്ട്രോണുകളെ ഊർജ്ജത്തിനനുസരിച്ച് ലെവലുകളായി വിഭജിക്കുക മാത്രമല്ല, ഇലക്ട്രോണുകളുടെ പരിക്രമണ സ്ഥലത്തെ ഒന്നിലധികം ലെവലുകളായി വിഭജിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ചുരുക്കത്തിൽ, ഒരു ആറ്റത്തിന് ഒന്നിലധികം ഊർജ്ജ നിലകൾ ഉണ്ടായിരിക്കാം, വ്യത്യസ്ത ഊർജ്ജ നിലകൾ വ്യത്യസ്ത ഊർജ്ജങ്ങളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു; ചില ഇലക്ട്രോണുകൾ ""താഴ്ന്ന ഊർജ്ജ തലത്തിലും"" ചില ഇലക്ട്രോണുകൾ ""ഉയർന്ന ഊർജ്ജ തലത്തിലും"" പരിക്രമണം ചെയ്യുന്നു.

ഇക്കാലത്ത്, മിഡിൽ സ്കൂൾ ഭൗതികശാസ്ത്ര പുസ്തകങ്ങളിൽ ചില ആറ്റങ്ങളുടെ ഘടനാപരമായ സവിശേഷതകൾ, ഓരോ ഇലക്ട്രോൺ പാളിയിലെയും ഇലക്ട്രോൺ വിതരണ നിയമങ്ങൾ, വ്യത്യസ്ത ഊർജ്ജ തലങ്ങളിലുള്ള ഇലക്ട്രോണുകളുടെ എണ്ണം എന്നിവ വ്യക്തമായി അടയാളപ്പെടുത്തിയിട്ടുണ്ട്.

ഒരു ആറ്റോമിക് സിസ്റ്റത്തിൽ, ഇലക്ട്രോണുകൾ അടിസ്ഥാനപരമായി പാളികളായാണ് നീങ്ങുന്നത്, ചില ആറ്റങ്ങൾ ഉയർന്ന ഊർജ്ജ തലങ്ങളിലും ചിലത് താഴ്ന്ന ഊർജ്ജ തലങ്ങളിലുമാണ്; ആറ്റങ്ങൾ എല്ലായ്പ്പോഴും ബാഹ്യ പരിസ്ഥിതിയാൽ (താപനില, വൈദ്യുതി, കാന്തികത) സ്വാധീനിക്കപ്പെടുന്നതിനാൽ, ഉയർന്ന ഊർജ്ജ തലത്തിലുള്ള ഇലക്ട്രോണുകൾ അസ്ഥിരമാണ്, കൂടാതെ താഴ്ന്ന ഊർജ്ജ തലത്തിലേക്ക് സ്വയമേവ പരിവർത്തനം ചെയ്യപ്പെടുകയും ചെയ്യും, അതിന്റെ പ്രഭാവം ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടാം, അല്ലെങ്കിൽ അത് പ്രത്യേക ഉത്തേജന ഫലങ്ങൾ ഉണ്ടാക്കുകയും "സ്വയമേവയുള്ള ഉദ്വമനം" ഉണ്ടാക്കുകയും ചെയ്തേക്കാം. അതിനാൽ, ആറ്റോമിക് സിസ്റ്റത്തിൽ, ഉയർന്ന ഊർജ്ജ തലത്തിലുള്ള ഇലക്ട്രോണുകൾ താഴ്ന്ന ഊർജ്ജ തലങ്ങളിലേക്ക് മാറുമ്പോൾ, രണ്ട് പ്രകടനങ്ങൾ ഉണ്ടാകും: "സ്വയമേവയുള്ള ഉദ്വമനം", "ഉത്തേജിത ഉദ്വമനം".

ഉയർന്ന ഊർജ്ജാവസ്ഥയിലുള്ള ഇലക്ട്രോണുകളുടെ സ്വാഭാവിക വികിരണം അസ്ഥിരമാണ്, ബാഹ്യ പരിസ്ഥിതിയുടെ (താപനില, വൈദ്യുതി, കാന്തികത) സ്വാധീനത്താൽ സ്വയമേവ താഴ്ന്ന ഊർജ്ജാവസ്ഥകളിലേക്ക് മാറുന്നു, അധിക ഊർജ്ജം ഫോട്ടോണുകളുടെ രൂപത്തിൽ വികിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്നു. ഇത്തരത്തിലുള്ള വികിരണത്തിന്റെ സവിശേഷത, ഓരോ ഇലക്ട്രോണിന്റെയും പരിവർത്തനം സ്വതന്ത്രമായി നടക്കുന്നു, ക്രമരഹിതമാണ് എന്നതാണ്. വ്യത്യസ്ത ഇലക്ട്രോണുകളുടെ സ്വയമേവയുള്ള ഉദ്‌വമനത്തിന്റെ ഫോട്ടോൺ അവസ്ഥകൾ വ്യത്യസ്തമാണ്. പ്രകാശത്തിന്റെ സ്വയമേവയുള്ള ഉദ്‌വമനം "പൊരുത്തമില്ലാത്ത" അവസ്ഥയിലാണ്, കൂടാതെ ചിതറിക്കിടക്കുന്ന ദിശകളുമുണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, സ്വയമേവയുള്ള വികിരണത്തിന് ആറ്റങ്ങളുടെ സ്വഭാവസവിശേഷതകളുണ്ട്, വ്യത്യസ്ത ആറ്റങ്ങളുടെ സ്വയമേവയുള്ള വികിരണത്തിന്റെ സ്പെക്ട്ര വ്യത്യസ്തമാണ്. ഇതിനെക്കുറിച്ച് പറയുമ്പോൾ, ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിലെ ഒരു അടിസ്ഥാന അറിവ് ഇത് ആളുകളെ ഓർമ്മിപ്പിക്കുന്നു, "ഏത് വസ്തുവിനും താപം വികിരണം ചെയ്യാനുള്ള കഴിവുണ്ട്, കൂടാതെ വസ്തുവിന് വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങളെ തുടർച്ചയായി ആഗിരണം ചെയ്യാനും പുറത്തുവിടാനുമുള്ള കഴിവുണ്ട്. താപത്താൽ വികിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങൾക്ക് ഒരു നിശ്ചിത സ്പെക്ട്രം വിതരണമുണ്ട്. ഈ സ്പെക്ട്രം വിതരണം വസ്തുവിന്റെ തന്നെ ഗുണങ്ങളുമായും അതിന്റെ താപനിലയുമായും ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു." അതിനാൽ, താപ വികിരണത്തിന്റെ നിലനിൽപ്പിന് കാരണം ആറ്റങ്ങളുടെ സ്വയമേവയുള്ള ഉദ്‌വമനമാണ്.

ഉത്തേജിത ഉദ്‌വമനത്തിൽ, ഉയർന്ന ഊർജ്ജ നിലയിലുള്ള ഇലക്ട്രോണുകൾ "സാഹചര്യങ്ങൾക്ക് അനുയോജ്യമായ ഫോട്ടോണുകളുടെ" "ഉത്തേജനം" അല്ലെങ്കിൽ "ഇൻഡക്ഷൻ" വഴി താഴ്ന്ന ഊർജ്ജ നിലയിലേക്ക് മാറുകയും ഇൻസിഡന്റ് ഫോട്ടോണിന്റെ അതേ ആവൃത്തിയിലുള്ള ഒരു ഫോട്ടോൺ വികിരണം ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു. ഉത്തേജിത വികിരണത്തിന്റെ ഏറ്റവും വലിയ സവിശേഷത, ഉത്തേജിത വികിരണം സൃഷ്ടിക്കുന്ന ഇൻസിഡന്റ് ഫോട്ടോണുകളുടെ അതേ അവസ്ഥയാണ് ഉത്തേജിത വികിരണം സൃഷ്ടിക്കുന്നത് എന്നതാണ്. അവ ഒരു "സമന്വയ" അവസ്ഥയിലാണ്. അവയ്ക്ക് ഒരേ ആവൃത്തിയും ഒരേ ദിശയുമുണ്ട്, അവ രണ്ടും തമ്മിൽ വേർതിരിച്ചറിയാൻ പൂർണ്ണമായും അസാധ്യമാണ്. ഈ രീതിയിൽ, ഒരു ഉത്തേജിത ഉദ്‌വമനത്തിലൂടെ ഒരു ഫോട്ടോൺ രണ്ട് സമാന ഫോട്ടോണുകളായി മാറുന്നു. ഇതിനർത്ഥം പ്രകാശം തീവ്രമാക്കപ്പെടുന്നു അല്ലെങ്കിൽ "വർദ്ധിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു" എന്നാണ്.

ഇനി നമുക്ക് വീണ്ടും വിശകലനം ചെയ്യാം, കൂടുതൽ കൂടുതൽ ഉത്തേജിത വികിരണം ലഭിക്കുന്നതിന് എന്ത് വ്യവസ്ഥകൾ ആവശ്യമാണ്?

സാധാരണ സാഹചര്യങ്ങളിൽ, ഉയർന്ന ഊർജ്ജ നിലയിലുള്ള ഇലക്ട്രോണുകളുടെ എണ്ണം എല്ലായ്പ്പോഴും താഴ്ന്ന ഊർജ്ജ നിലയിലുള്ള ഇലക്ട്രോണുകളുടെ എണ്ണത്തേക്കാൾ കുറവായിരിക്കും. ആറ്റങ്ങൾ ഉത്തേജിപ്പിക്കപ്പെട്ട വികിരണം ഉത്പാദിപ്പിക്കണമെങ്കിൽ, ഉയർന്ന ഊർജ്ജ നിലയിലുള്ള ഇലക്ട്രോണുകളുടെ എണ്ണം വർദ്ധിപ്പിക്കേണ്ടതുണ്ട്, അതിനാൽ നിങ്ങൾക്ക് ഒരു "പമ്പ് സ്രോതസ്സ്" ആവശ്യമാണ്, അതിന്റെ ഉദ്ദേശ്യം കൂടുതൽ ഉത്തേജിപ്പിക്കുക എന്നതാണ്. വളരെയധികം താഴ്ന്ന ഊർജ്ജ നിലയിലുള്ള ഇലക്ട്രോണുകൾ ഉയർന്ന ഊർജ്ജ നിലകളിലേക്ക് ചാടുന്നു, അതിനാൽ ഉയർന്ന ഊർജ്ജ നിലയിലുള്ള ഇലക്ട്രോണുകളുടെ എണ്ണം താഴ്ന്ന ഊർജ്ജ നിലയിലുള്ള ഇലക്ട്രോണുകളുടെ എണ്ണത്തേക്കാൾ കൂടുതലായിരിക്കും, കൂടാതെ ഒരു "കണികാ സംഖ്യ വിപരീതം" സംഭവിക്കും. വളരെയധികം ഉയർന്ന ഊർജ്ജ നിലയിലുള്ള ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് വളരെ കുറച്ച് സമയത്തേക്ക് മാത്രമേ നിലനിൽക്കാൻ കഴിയൂ. സമയം താഴ്ന്ന ഊർജ്ജ നിലയിലേക്ക് കുതിക്കും, അതിനാൽ ഉത്തേജിത വികിരണ ഉദ്‌വമനത്തിനുള്ള സാധ്യത വർദ്ധിക്കും.

തീർച്ചയായും, "പമ്പ് സ്രോതസ്സ്" വ്യത്യസ്ത ആറ്റങ്ങൾക്കായി സജ്ജീകരിച്ചിരിക്കുന്നു. ഇത് ഇലക്ട്രോണുകളെ "പ്രതിധ്വനിപ്പിക്കുകയും" കൂടുതൽ താഴ്ന്ന ഊർജ്ജ നിലയിലുള്ള ഇലക്ട്രോണുകളെ ഉയർന്ന ഊർജ്ജ നിലകളിലേക്ക് ചാടാൻ അനുവദിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. വായനക്കാർക്ക് അടിസ്ഥാനപരമായി മനസ്സിലാക്കാൻ കഴിയും, ലേസർ എന്താണ്? ലേസർ എങ്ങനെയാണ് ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നത്? ഒരു പ്രത്യേക "പമ്പ് സ്രോതസ്സിന്റെ" പ്രവർത്തനത്തിൽ ഒരു വസ്തുവിന്റെ ആറ്റങ്ങളാൽ "ഉത്തേജിതമാക്കപ്പെടുന്ന" "പ്രകാശ വികിരണം" ആണ് ലേസർ. ഇതാണ് ലേസർ.