Introduction to LASER Notes | Engineering Physics | RGPV BTech First Year

Introduction to LASER

LASER आधुनिक विज्ञान और Engineering की सबसे महत्वपूर्ण खोजों में से एक है। आज LASER Technology का उपयोग Medical Science, Communication Systems, Manufacturing Industry, Military Systems, Fiber Optics, Research Laboratories तथा Space Technology में व्यापक रूप से किया जा रहा है।

LASER शब्द Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation का संक्षिप्त रूप है। LASER एक ऐसा उपकरण है जो अत्यधिक तीव्र, Highly Directional, Monochromatic तथा Coherent Light Beam उत्पन्न करता है।

Introduction

सामान्य प्रकाश स्रोत जैसे Electric Bulb, Tube Light तथा LED विभिन्न wavelengths की प्रकाश तरंगें उत्पन्न करते हैं। इन sources से प्राप्त प्रकाश incoherent होता है और सभी दिशाओं में फैलता है।

इसके विपरीत LASER एक विशेष प्रकार का प्रकाश स्रोत है जो एक ही wavelength की coherent light उत्पन्न करता है। यही कारण है कि LASER Beam लंबी दूरी तक बिना अधिक फैलाव के travel कर सकती है।

LASER का सिद्धांत Albert Einstein द्वारा 1917 में प्रस्तुत Stimulated Emission Theory पर आधारित है। पहली LASER 1960 में Theodore Maiman द्वारा विकसित की गई थी।

Definition of LASER

LASER stands for Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.

LASER एक ऐसा Optical Device है जो Stimulated Emission की प्रक्रिया द्वारा प्रकाश को Amplify करके Highly Intense, Monochromatic, Coherent तथा Directional Beam उत्पन्न करता है।

Full Form of LASER

Basic Principle of LASER

LASER का कार्य सिद्धांत Stimulated Emission पर आधारित है।

जब कोई excited atom किसी उचित energy वाले photon से प्रभावित होता है तो वह एक अतिरिक्त photon उत्सर्जित करता है।

यह नया photon:

• Same Frequency रखता है।
• Same Phase रखता है।
• Same Direction में travel करता है।
• Same Energy रखता है।

इसी प्रक्रिया को Stimulated Emission कहते हैं।

Essential Components of LASER

1. Active Medium

वह पदार्थ जिसमें Stimulated Emission की प्रक्रिया होती है Active Medium कहलाता है।

Examples:

• Ruby Crystal
• Helium-Neon Gas
• Semiconductor Materials
• CO₂ Gas

2. Pumping Source

Atoms को Excited State में भेजने की प्रक्रिया Pumping कहलाती है।

Examples:

• Flash Lamp
• Electrical Discharge
• Chemical Pumping
• Optical Pumping

3. Optical Resonator

दो mirrors से बना cavity system Optical Resonator कहलाता है।

एक mirror पूर्णतः Reflecting तथा दूसरा Partial Reflecting होता है।

Working of LASER

1. Active Medium के atoms को Pumping द्वारा Excited State में भेजा जाता है।
2. Population Inversion प्राप्त की जाती है।
3. Stimulated Emission प्रारंभ होती है।
4. Photons Resonator में बार-बार reflect होते हैं।
5. Light Amplification होती है।
6. Partial Reflecting Mirror से LASER Beam बाहर निकलती है।

Characteristics of LASER

1. Monochromaticity

LASER Light लगभग एक ही wavelength की होती है।

2. Coherence

LASER Beam के सभी photons समान phase में होते हैं।

3. High Intensity

LASER अत्यधिक ऊर्जा density प्रदान करती है।

4. Directionality

LASER Beam बहुत कम divergence रखती है।

5. Polarization

LASER Light सामान्यतः polarized होती है।

Advantages of LASER

• Highly Directional Beam
• Very High Intensity
• Monochromatic Output
• High Precision
• Long Distance Transmission
• Low Divergence
• High Data Carrying Capacity

Disadvantages of LASER

• Costly Equipment
• Complex Construction
• Eye Damage Risk
• High Power Requirement
• Precise Alignment Needed

Types of LASER

• Solid State LASER
• Gas LASER
• Semiconductor LASER
• Liquid LASER
• Chemical LASER
• Fiber LASER

Applications of LASER

• Optical Communication
• Fiber Optic Systems
• Medical Surgery
• Laser Printing
• Barcode Scanner
• Industrial Cutting
• Military Range Finding
• Holography
• Scientific Research
• Space Communication

Industrial Importance

• Automobile Manufacturing
• Electronics Industry
• Medical Industry
• Defense Sector
• Telecommunication Industry
• Semiconductor Manufacturing
• Robotics Industry
• Aerospace Industry

LASER vs Ordinary Light

Viva Questions

1. LASER का Full Form क्या है?
2. Stimulated Emission क्या है?
3. Active Medium क्या होता है?
4. Pumping क्या है?
5. Optical Resonator क्या है?
6. LASER की विशेषताएँ बताइए।
7. LASER Light और Ordinary Light में अंतर बताइए।
8. Population Inversion क्या है?
9. LASER के applications बताइए।
10. पहली LASER किसने विकसित की थी?

Exam Oriented Important Questions

1. LASER की परिभाषा एवं कार्य सिद्धांत समझाइए।
2. LASER के मुख्य Components का वर्णन कीजिए।
3. LASER की विशेषताएँ लिखिए।
4. LASER तथा Ordinary Light में अंतर लिखिए।
5. Stimulated Emission क्या है?
6. Active Medium तथा Pumping की व्याख्या कीजिए।
7. LASER के औद्योगिक अनुप्रयोग लिखिए।
8. Modern Technology में LASER का महत्व स्पष्ट कीजिए।

Conclusion

LASER आधुनिक विज्ञान और Engineering की क्रांतिकारी तकनीक है जो Stimulated Emission Principle पर आधारित है। इसकी Monochromaticity, Coherence, Directionality तथा High Intensity इसे सामान्य प्रकाश से अलग बनाती हैं। Optical Communication, Medical Science, Manufacturing Industry तथा Scientific Research में LASER की भूमिका अत्यंत महत्वपूर्ण है।