লেজারের প্রজন্ম

লেজারের প্রজন্ম
১৯১৬ সালে আইনস্টাইন তাঁর “স্বতঃস্ফূর্ত ও উদ্দীপিত নিঃসরণ” তত্ত্বের মাধ্যমে লেজার তৈরির প্রস্তাব করেন। এই তত্ত্বটি আধুনিক লেজার সিস্টেমের ভৌত ভিত্তি তৈরি করে। ফোটন এবং পরমাণুর মধ্যে মিথস্ক্রিয়ার ফলে তিনটি রূপান্তর প্রক্রিয়া ঘটতে পারে: উদ্দীপিত শোষণ, স্বতঃস্ফূর্ত নিঃসরণ এবং উদ্দীপিত নিঃসরণ। যতক্ষণ পর্যন্ত উদ্দীপিত নিঃসরণকে টেকসই ও স্থিতিশীল রাখা যায়, ততক্ষণ লেজার পাওয়া সম্ভব। এজন্য, লেজার নামক বিশেষ যন্ত্র তৈরি করতে হয়। একটি লেজারের গঠন সাধারণত তিনটি প্রধান অংশ নিয়ে গঠিত: কার্যকারী পদার্থ, উদ্দীপক যন্ত্র এবং অপটিক্যাল রেজোনেটর।

১. কার্যকরী পদার্থ

লেজারের যে পদার্থটি লেজার আলো উৎপন্ন করতে পারে, তাকে কার্যকারী পদার্থ বলা হয়। স্বাভাবিক অবস্থায়, প্রতিটি শক্তি স্তরে পদার্থটির পারমাণবিক সংখ্যার বন্টন একটি স্বাভাবিক বন্টন। নিম্ন শক্তি স্তরের পরমাণুর সংখ্যা সর্বদা উচ্চ শক্তি স্তরের পরমাণুর সংখ্যার চেয়ে বেশি থাকে। তাই, যখন আলো আলোক-উৎপাদনকারী পদার্থের স্বাভাবিক অবস্থার মধ্য দিয়ে যায়, তখন শোষণ প্রক্রিয়া প্রাধান্য পায় এবং আলো সর্বদা দুর্বল হয়ে পড়ে। আলোক-উৎপাদনকারী পদার্থের মধ্য দিয়ে যাওয়ার পর আলোকে শক্তিশালী করতে এবং আলোক বিবর্ধন অর্জন করতে, উদ্দীপিত নিঃসরণকে প্রধান করে তোলা প্রয়োজন। এর জন্য উচ্চ শক্তি স্তরের পরমাণুর সংখ্যাকে নিম্ন শক্তি স্তরের পরমাণুর সংখ্যার চেয়ে বেশি করতে হয়। এই বন্টনটি স্বাভাবিক বন্টনের বিপরীত এবং একে কণা সংখ্যা বিপরীতকরণ বলা হয়।
২. উদ্দীপক যন্ত্র
উত্তেজনা সৃষ্টিকারী যন্ত্রের কাজ হলো পরমাণুগুলোকে নিম্ন শক্তি স্তর থেকে উচ্চ শক্তি স্তরে উত্তেজিত করা, যার ফলে কার্যকারী পদার্থটি কণা সংখ্যা বিপরীতকরণ (particle number inversion) অর্জন করতে পারে। পদার্থটির শক্তি স্তরগুলোর মধ্যে রয়েছে ভূমি অবস্থা (ground state) ও উত্তেজিত অবস্থা (excited state), এবং একটি মেটাস্টেবল অবস্থা (metastable state)। মেটাস্টেবল অবস্থাটি ভূমি অবস্থার চেয়ে কম স্থিতিশীল, কিন্তু উত্তেজিত অবস্থার চেয়ে অনেক বেশি স্থিতিশীল। তুলনামূলকভাবে, পরমাণুগুলো মেটাস্টেবল অবস্থায় দীর্ঘ সময় ধরে থাকতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, রুবিতে থাকা ক্রোমিয়াম আয়নের (Cr3+) একটি মেটাস্টেবল অবস্থা রয়েছে যার জীবনকাল প্রায় 10-3 সেকেন্ড। কার্যকারী পদার্থটি উত্তেজিত হয়ে কণা সংখ্যা বিপরীতকরণ অর্জন করার পর, প্রাথমিকভাবে, স্বতঃস্ফূর্ত বিকিরণ দ্বারা নির্গত ফোটনগুলোর ভিন্ন ভিন্ন প্রসারণ দিকের কারণে, উদ্দীপিত বিকিরণের ফোটনগুলোরও ভিন্ন ভিন্ন প্রসারণ দিক থাকে এবং আউটপুট ও শোষণে অনেক অপচয় হয়; ফলে স্থিতিশীল লেজার আউটপুট তৈরি করা যায় না। উদ্দীপিত বিকিরণকে কার্যকারী পদার্থের সীমিত আয়তনে বিদ্যমান রাখতে, আলোর নির্বাচন ও বিবর্ধনের জন্য একটি অপটিক্যাল রেজোনেটরের প্রয়োজন হয়।
৩. অপটিক্যাল রেজোনেটর
এটি কার্যকারী পদার্থের উভয় প্রান্তে প্রধান অক্ষের সাথে লম্বভাবে স্থাপিত একজোড়া পরস্পর সমান্তরাল প্রতিফলক দর্পণ। এর এক প্রান্ত হলো একটি পূর্ণ প্রতিফলনকারী দর্পণ (যার প্রতিফলন হার ১০০%), এবং অপর প্রান্তটি হলো একটি আংশিক স্বচ্ছ ও আংশিক প্রতিফলক দর্পণ (যার প্রতিফলন হার ৯০% থেকে ৯৯%)।
রেজোনেটরের কাজগুলো হলো: ① আলোক বিবর্ধন তৈরি ও বজায় রাখা; ② নির্গত আলোর দিক নির্বাচন করা; ③ নির্গত আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য নির্বাচন করা। একটি নির্দিষ্ট কার্যকারী পদার্থের ক্ষেত্রে, বিভিন্ন কারণবশত, প্রকৃত নির্গত আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য অনন্য হয় না এবং এর বর্ণালীর একটি নির্দিষ্ট প্রস্থ থাকে। রেজোনেটর কম্পাঙ্ক নির্বাচনের ভূমিকা পালন করতে পারে, যা লেজারের একবর্ণিতাকে উন্নত করে।