He-Ne LASER Notes | Engineering Physics | RGPV BTech First Year

He-Ne LASER (Helium-Neon LASER)

He-Ne LASER सबसे लोकप्रिय Gas LASER में से एक है। यह Helium तथा Neon गैसों के मिश्रण का उपयोग करती है। He-Ne LASER Continuous Wave (CW) Operation प्रदान करती है तथा अत्यधिक Monochromatic, Coherent और Directional Light उत्पन्न करती है।

Engineering Physics में He-Ne LASER एक महत्वपूर्ण विषय है क्योंकि इसके माध्यम से Gas LASER, Electrical Pumping, Population Inversion तथा Stimulated Emission के सिद्धांतों को समझाया जाता है।

Introduction

Ruby LASER के बाद विकसित होने वाली महत्वपूर्ण LASER Systems में He-Ne LASER का प्रमुख स्थान है। यह पहली Continuous Wave LASER मानी जाती है।

इसमें Active Medium के रूप में Helium तथा Neon Gas का मिश्रण उपयोग किया जाता है। Helium Atoms ऊर्जा प्राप्त करके Neon Atoms को ऊर्जा Transfer करते हैं, जिसके कारण Population Inversion प्राप्त होती है।

Definition

He-Ne LASER is a gas laser that uses a mixture of Helium and Neon gases as the active medium and electrical discharge as the pumping mechanism.

Helium और Neon गैसों के मिश्रण को Active Medium तथा Electrical Discharge को Pumping Source के रूप में उपयोग करने वाली Gas LASER को He-Ne LASER कहते हैं।

Construction of He-Ne LASER

He-Ne LASER निम्नलिखित मुख्य भागों से मिलकर बनी होती है:

• Discharge Tube
• Helium-Neon Gas Mixture
• Electrodes
• Power Supply
• Fully Reflecting Mirror
• Partially Reflecting Mirror

Active Medium

Active Medium में Helium तथा Neon Gas का मिश्रण भरा जाता है।

आमतौर पर:

• Helium : Neon ≈ 10 : 1

अनुपात उपयोग किया जाता है।

Pumping Mechanism

He-Ne LASER में Electrical Pumping का उपयोग किया जाता है।

Gas Discharge Tube में High Voltage Apply की जाती है।

इससे Electrons उत्पन्न होते हैं जो Helium Atoms को Excite करते हैं।

Energy Transfer Process

Electrical Discharge द्वारा Helium Atoms Excited State में पहुँच जाते हैं।

Excited Helium Atoms अपनी ऊर्जा Neon Atoms को Transfer करते हैं।

यह Resonant Energy Transfer कहलाता है।

इसके कारण Neon Atoms की Excited Population बढ़ जाती है।

Energy Level Diagram

He-Ne LASER एक Four Level System है।

• E₁ = Ground State
• E₂ = Lower LASER Level
• E₃ = Upper LASER Level
• E₄ = Pumping Level

Helium से प्राप्त ऊर्जा Neon Atoms को Upper LASER Levels में पहुँचाती है।

Population Inversion E₃ तथा E₂ के बीच प्राप्त होती है।

Working of He-Ne LASER

1. Electrical Discharge उत्पन्न की जाती है।
2. Helium Atoms Excited State में पहुँचते हैं।
3. Helium अपनी ऊर्जा Neon Atoms को Transfer करता है।
4. Neon Atoms में Population Inversion उत्पन्न होती है।
5. Stimulated Emission प्रारंभ होती है।
6. Photons Resonator में Reflect होते हैं।
7. Light Amplification होती है।
8. Partially Reflecting Mirror से LASER Beam प्राप्त होती है।

Output Wavelength

He-Ne LASER की सबसे प्रसिद्ध Emission:

λ = 632.8 nm

यह Visible Red Region में स्थित होती है।

Characteristics of He-Ne LASER

• Gas LASER
• Four Level System
• Continuous Output
• Electrical Pumping
• High Coherence
• Low Divergence
• Excellent Beam Quality
• Wavelength 632.8 nm

Advantages of He-Ne LASER

• Continuous Operation
• Stable Output
• Good Coherence
• Low Divergence
• Long Operational Life
• Simple Construction

Disadvantages of He-Ne LASER

• Low Efficiency
• Large Physical Size
• High Voltage Requirement
• Limited Output Power

Applications of He-Ne LASER

• Holography
• Interferometry
• Alignment Systems
• Optical Research
• Barcode Scanner
• Scientific Instruments
• Laser Printing
• Educational Laboratories

Industrial Importance

• Optical Instrument Industry
• Metrology Systems
• Research Laboratories
• Laser Alignment Systems
• Precision Measurement Industry
• Photonics Industry

Ruby LASER vs He-Ne LASER

Viva Questions

1. He-Ne LASER क्या है?
2. He-Ne LASER किस प्रकार की LASER है?
3. Active Medium क्या है?
4. He-Ne LASER में कौन सी Pumping Method उपयोग होती है?
5. Population Inversion कैसे प्राप्त की जाती है?
6. Resonant Energy Transfer क्या है?
7. He-Ne LASER की Wavelength क्या है?
8. He-Ne LASER Four Level System क्यों कहलाती है?
9. Continuous Wave Operation क्या है?
10. He-Ne LASER के अनुप्रयोग बताइए।

Exam Oriented Important Questions

1. He-Ne LASER का निर्माण एवं कार्यविधि समझाइए।
2. He-Ne LASER का Energy Level Diagram बनाकर समझाइए।
3. He-Ne LASER में Population Inversion कैसे प्राप्त की जाती है?
4. Electrical Pumping का सिद्धांत समझाइए।
5. Resonant Energy Transfer की व्याख्या कीजिए।
6. He-Ne LASER की विशेषताएँ लिखिए।
7. He-Ne LASER के लाभ एवं सीमाएँ लिखिए।
8. Ruby तथा He-Ne LASER में अंतर लिखिए।

Conclusion

He-Ne LASER एक महत्वपूर्ण Gas LASER है जो Electrical Pumping तथा Resonant Energy Transfer के सिद्धांत पर कार्य करती है। यह 632.8 nm की Highly Coherent एवं Monochromatic Red Light उत्पन्न करती है। Scientific Research, Interferometry, Holography तथा Precision Measurement Systems में इसका व्यापक उपयोग किया जाता है।