1960 সালে বিশ্বের প্রথম কৃত্রিম লেজার ক্যালিফোর্নিয়ার সিস ল্যাবের প্রশান্তি ভেঙ্গে দিয়েছিল এবং থিওডোর মেহমানের আবিষ্কৃত রুবি লেজারটি লেজারের মানব সৃষ্টির দরজা এবং বিশ্বের রূপান্তরের জন্য লেজার ব্যবহার করার দরজা খুলেছিল। গত পঞ্চাশ বছরের পর থেকে লেজার বিজ্ঞান উন্নয়নের গতি বাড়ছে এবং লেজার প্রযুক্তির জনপ্রিয়তা ও প্রয়োগের ফলে সকল দিক থেকে মানুষের জীবনও প্রবেশ করেছে। কিন্তু বেশিরভাগ লোকই জানে যে লেজারের এতো উদ্দেশ্য আছে, কিন্তু লেজারের কাছ থেকে কীভাবে আসে তা তারা জানে না। অতএব, এই নিবন্ধটি তুলনামূলকভাবে সাধারণ ভাষায় লেজার গঠনের নীতি ব্যাখ্যা করবে।
লেজার গঠনের নীতিটি বোঝার জন্য, প্রথমে শক্তি স্তরটি বোঝেন। সাধারণভাবে, একটি শক্তির স্তর এমন একটি রাষ্ট্র যেখানে প্রতিটি পরমাণু (আসলে একটি এক্সট্রনকুমুলার ইলেক্ট্রন) একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ শক্তির বহন করে এবং বিভিন্ন শক্তি স্তর নির্দেশ করে যে পরমাণু দ্বারা পরিচালিত শক্তিটি ভিন্ন। শক্তি স্তর উচ্চতর, এক্সট্রনকুমুলার ইলেকট্রন শক্তি, এবং নিউক্লিয়াস থেকে দূরে বিরতি সহজ। বোঝার জন্য, পরমাণু কাঠামোর সর্বাধিক হাইড্রোজেন পরমাণু একটি উদাহরণ হিসাবে নেওয়া হয়।
এন পরমাণু শক্তি স্তর ই অনুরূপ একটি কোয়ান্টাম সংখ্যা প্রতিনিধিত্ব করে। যখন n = 1, এটি হাইড্রোজেন পরমাণুর স্থিতিশীল অবস্থায় শক্তি স্তরকে নির্দেশ করে, যা স্থল রাষ্ট্র (E1 স্তর) বলা হয়। এন = ২, 3, 4, ইত্যাদি উত্তেজিত রাজ্য (ই 2 শক্তি স্তর, E3 শক্তি স্তর, E4 শক্তি স্তর, ইত্যাদি) বলা হয়। ড্যানিশ পদার্থবিজ্ঞানী বোহরের তত্ত্ব অনুসারে, পরমাণু স্থিতিশীল স্থল অবস্থায় থাকলে এটি বাইরের বিশ্বের উত্তেজিত এবং সংশ্লিষ্ট বহিরাগত শক্তিকে শোষণ করে, এটি একটি উত্তেজিত রাষ্ট্র গঠনের জন্য উচ্চতর শক্তির স্তরে পৌঁছাবে। পরমাণু রাষ্ট্র অস্থির হয়। যখন পরমাণু উত্তেজিত অবস্থায় থাকে, তখন স্বতঃস্ফূর্তভাবে নিম্ন শক্তির স্তরে রূপান্তরিত হয়। স্থল রাষ্ট্রে এক বা একাধিক সংক্রমণের পরে, সংশ্লিষ্ট শক্তির নিম্ন শক্তির রূপান্তরের সময় মুক্তি পায়। এই সংশ্লিষ্ট শক্তির একটি নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সির ফোটনগুলির আকারে বিদ্যমান, যা শক্তির স্তরের চিত্রের ডান পাশের মান থেকে এবং ফটন শক্তি E = hν = em - En থেকে গণনা করা যেতে পারে। এইচটি পদার্থবিজ্ঞানী (প্ল্যাংক ধ্রুবক) দ্বারা পরিমাপকৃত স্থির মান, ν ফোটনটির ফ্রিকোয়েন্সি (ফ্রিকোয়েন্সি যা ফটোটনকে উত্তেজিত রাষ্ট্র থেকে স্থল অবস্থায় ছেড়ে দেওয়া হয়, যা বাহ্যিক বিকিরিত আলোর ফ্রিকোয়েন্সি যা লেজার গঠিত হয় যখন লেজার হয়। ফ্রিকোয়েন্সি, লেজার λ = সি / ν, তরঙ্গদৈর্ঘ্য নির্ধারণ করে যা সি হালকা গতি)।
শক্তি স্তর কাঠামো বোঝার পরে, লেজার গঠিত হয় কিভাবে দেখতে দিন। সহজ বোঝার জন্য, সহজ রুবি লেজার একটি উদাহরণ হিসাবে নেওয়া হয়। রুবি লেজার একটি কঠিন-রাষ্ট্র লেজার। কাজ পদার্থ একটি রুবি রড হয়। ক্রিস্টাল ম্যাট্রিক্সটি Al2O3, যা CR2O3 এর 0.05% এর সাথে ডপেড। রুবিতে লেজারের ক্রিয়া ক্রু ++ (ক্রোমিয়াম আয়ন) এর উত্তেজিত নির্গমন প্রক্রিয়ার দ্বারা অর্জন করা হয়, তাই Cr3 + প্রায়শই অ্যাক্টিভেটিং আয়ন বলা হয়, যা রুবিতে উত্পাদিত লেজারের "শরীর"। রুবি, অ্যালুমিনির প্রধান উপাদানটি কেবল একটি ম্যাট্রিক্স রয়েছে যা ক্রোমিয়াম আয়ন ধারণ করে, যা লেজারের কর্মের উপর শুধুমাত্র একটি পরোক্ষ প্রভাব ফেলে। তার শক্তি স্তর গঠন হিসাবে দেখানো হয়:
যখন পাম্প আলো রুবিকে আলোকিত করে, তখন স্থলভাগে Cr3+ আয়ন একটি নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্য এবং রূপান্তরকে E3 স্তরের আলোকে শোষণ করে। Cr3+ আয়নটি এই শক্তির স্তরে খুব কম জীবনকাল (খুব অস্থির, প্রায় 10-9 গুলি) থাকে, এবং এভাবে দ্রুত বিকিরণ সংক্রমণের মধ্য দিয়ে যায় (কোনও বিকিরণ সংক্রমণটি পরমাণু সংঘর্ষের দ্বারা বাইরে বিশ্বের সাথে বিনিময় বোঝায়, অর্থাৎ, স্ফটিকের ভিতরে তাপীয় গতি, যাতে শক্তি স্তর পরিবর্তিত হয়, না emitting বা photons absorbing) E2 স্তরের সংক্রমণ। E2 শক্তির স্তরের দীর্ঘস্থায়ী জীবনকাল (প্রায় 3 মিমি), যা মেটাস্টেবেল শক্তি স্তর বলা হয়, যার উপর আরো Cr3+ আয়ন সংগ্রহ করা যেতে পারে। যখন বহিরাগত পাম্প যথেষ্ট শক্তিশালী হয়, E2 স্তর এবং E1 স্তরের মধ্যে একটি জনসংখ্যা বর্ধিতকরণ হয়, অর্থাৎ, E2 স্তরের উপর Cr3 + আয়ন সংখ্যা E1 স্তরের চেয়ে বেশি। জনসংখ্যার বিপর্যয় অনুধাবন করার পরে, শক্তি HAN সঙ্গে প্রতিটি বহিরাগত ফোটন E2 স্তরের একটি স্থল উত্তেজিত করতে এটি স্থল রাষ্ট্র রূপান্তরিত করা হবে, এবং শক্তি HAN সঙ্গে একটি ফোটন মুক্তি, এবং মোট ফোটন শক্তি 2, 2 পরিবর্তন করা হবে পরিবর্তন 4, 4 পরিবর্তন 8 ... এইভাবে উদ্দীপক বিকিরণ পরিবর্ধন (লাভ) প্রক্রিয়া অর্জন। অপটিক্যাল গহ্বর অপটিক্যাল লাভের ক্ষতির কারণে, লেজারটি শুধুমাত্র তখনই আউটপুট হয় যখন উত্তেজিত বিকিরণ পরিবর্ধনের লাভ লেজারের বিভিন্ন ক্ষতির চেয়ে বেশি।
