Ruby LASER Notes | Engineering Physics | RGPV BTech First Year

Ruby LASER

Ruby LASER विश्व की पहली सफल LASER है जिसे Theodore H. Maiman ने वर्ष 1960 में विकसित किया था। यह एक Solid State LASER है जिसमें Active Medium के रूप में Synthetic Ruby Crystal का उपयोग किया जाता है। LASER Technology के विकास में Ruby LASER का ऐतिहासिक महत्व है।

Engineering Physics में Ruby LASER एक अत्यंत महत्वपूर्ण विषय है क्योंकि इसके माध्यम से LASER Construction, Optical Pumping, Population Inversion तथा Stimulated Emission की अवधारणाओं को समझाया जाता है।

Introduction

LASER प्राप्त करने के लिए आवश्यक है कि किसी Active Medium में Population Inversion उत्पन्न की जाए और Stimulated Emission को बढ़ाया जाए। Ruby LASER इस सिद्धांत का पहला व्यावहारिक उदाहरण है।

Ruby Crystal मुख्य रूप से Aluminium Oxide (Al₂O₃) से बनी होती है जिसमें लगभग 0.05% Chromium Ions (Cr³⁺) मिलाए जाते हैं। यही Chromium Ions LASER Action के लिए उत्तरदायी होते हैं।

Definition

Ruby LASER is a three-level solid state laser that uses synthetic ruby crystal as the active medium and optical pumping for population inversion.

Ruby Crystal को Active Medium तथा Optical Pumping को Energy Source के रूप में उपयोग करने वाली Three Level Solid State LASER को Ruby LASER कहते हैं।

Construction of Ruby LASER

Ruby LASER निम्नलिखित मुख्य भागों से मिलकर बनी होती है:

• Ruby Rod (Active Medium)
• Flash Lamp (Pumping Source)
• Reflecting Mirror
• Partially Reflecting Mirror
• Power Supply

Active Medium

Ruby Rod एक Cylindrical Crystal होती है जो Aluminium Oxide (Al₂O₃) तथा Chromium Ions (Cr³⁺) से निर्मित होती है।

Chromium Ions ही LASER Radiation उत्पन्न करने में मुख्य भूमिका निभाते हैं।

Pumping Source

Ruby LASER में Optical Pumping का उपयोग किया जाता है।

इसके लिए High Intensity Xenon Flash Lamp प्रयोग की जाती है।

Flash Lamp से प्राप्त प्रकाश Chromium Ions को Excited State में पहुँचाता है।

Optical Resonator

Ruby Rod के दोनों सिरों पर Mirrors लगाई जाती हैं।

• एक End पूर्णतः Reflecting होता है।
• दूसरा End Partially Reflecting होता है।

यह व्यवस्था Optical Resonator बनाती है।

Energy Level Diagram

Ruby LASER एक Three Level System है।

मुख्य Energy Levels:

• E₁ = Ground State
• E₂ = Metastable State
• E₃ = Higher Excited State

Chromium Ions को E₁ से E₃ तक Pump किया जाता है।

वे शीघ्र E₂ में आ जाते हैं।

Metastable State में Population जमा होती है और Population Inversion प्राप्त होती है।

Working of Ruby LASER

1. Flash Lamp द्वारा Optical Pumping की जाती है।
2. Chromium Ions Excited State E₃ में पहुँचते हैं।
3. Atoms शीघ्र Metastable State E₂ में आ जाते हैं।
4. Population Inversion उत्पन्न होती है।
5. Stimulated Emission प्रारंभ होती है।
6. Photons Resonator में बार-बार Reflect होते हैं।
7. Light Amplification होती है।
8. Partially Reflecting Mirror से LASER Beam प्राप्त होती है।

Laser Transition

LASER Transition:

E₂ → E₁

Ruby LASER लगभग 694.3 nm wavelength की Red LASER Light उत्पन्न करती है।

Characteristics of Ruby LASER

• Solid State LASER
• Three Level System
• Optical Pumping
• Red Color Output
• Wavelength = 694.3 nm
• Pulsed Operation
• High Output Power

Advantages of Ruby LASER

• Simple Construction
• High Peak Power
• Good Beam Quality
• Reliable Operation
• Easy Optical Pumping

Disadvantages of Ruby LASER

• Low Efficiency
• High Pumping Requirement
• Three Level System
• Generally Pulsed Output
• Large Cooling Requirement

Applications of Ruby LASER

• Holography
• Laser Spectroscopy
• Scientific Research
• Medical Applications
• Range Finding
• Material Processing
• Laser Drilling
• Military Systems

Industrial Importance

• Defense Industry
• Medical Equipment Industry
• Research Laboratories
• Precision Measurement Systems
• Material Processing Industry
• Photonics Industry

Ruby LASER vs He-Ne LASER

Viva Questions

1. Ruby LASER क्या है?
2. Ruby LASER किसने विकसित की?
3. Ruby LASER का Active Medium क्या है?
4. Ruby LASER में कौन सी Pumping Method उपयोग होती है?
5. Ruby LASER की Wavelength क्या है?
6. Population Inversion कैसे प्राप्त की जाती है?
7. Metastable State क्या है?
8. Ruby LASER किस प्रकार की LASER है?
9. Ruby LASER के अनुप्रयोग बताइए।
10. Ruby तथा He-Ne LASER में अंतर बताइए।

Exam Oriented Important Questions

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

Conclusion

Ruby LASER विश्व की पहली सफल LASER है जिसने आधुनिक LASER Technology की नींव रखी। यह एक Three Level Solid State LASER है जो Optical Pumping तथा Stimulated Emission के सिद्धांत पर कार्य करती है। इसकी Wavelength 694.3 nm होती है तथा इसका उपयोग Scientific Research, Holography, Medical Systems और Industrial Applications में किया जाता है।