উইকিশৈশব:এটা কীভাবে কাজ করে/লেজার

অর্ধপরিবাহী লেজার

লেজার হল এমন একটি ডিভাইস যা একটি বিন্দুতে ফোকাস করতে পারবে এমন রঙিন আলোর উজ্জ্বল রশ্মি তৈরি করতে পারে। সাধারণত একটি লাইট বাল্ব সাদা রঙে জ্বলে কারণ আমরা দেখতে পাব এমন প্রতিটি রঙের আলো তৈরি করতে পারে। এটি এর ভেতরের তারের একটি স্ট্র্যান্ডকে ততক্ষণ গরম করে যতক্ষণ না এটি আলো বিকিরণ করে। লেজারটি খনিকটা ভিন্নভাবে কাজ করে, তাই এটি শুধুমাত্র একটি রং দিয়ে খুব সরু আলোর রেখা তৈরি করতে পারে। লেজার হল বিকিরণের উদ্দীপিত নির্গমন দ্বারা আলোক পরিবর্ধনের সংক্ষিপ্ত রূপ

এর আবিষ্কারক কে?সম্পাদনা

যে ধারণাগুলি লেজারের উদ্ভাবনের জন্য সহায়ক ছিল আলবার্ট আইনস্টাইন ১৯১৬ সালে তা আবিষ্কার করেছিলেন। কিন্তু ১৯৫৩ সাল পর্যন্ত এই ধারণাগুলি একসাথে ব্যবহার করা কারো দ্বারা সম্ভব হয়নি। প্রথম তৈরি লেজারকে ম্যাসার বলা হত, কারণ এটি মাইক্রোওয়েভে ব্যবহার করা হত। (এটি একই ধরণের শক্তি যা মাইক্রোওয়েভ ওভেনে ব্যবহৃত হয়)। চার্লস টাউনস এবং তার দুই ছাত্র প্রথম মেসার তৈরি করেছিলেন, কিন্তু এটি শুধুমাত্র অল্প সময়ের জন্য কাজ করতো। সোভিয়েত ইউনিয়নের (রাশিয়া) দুই বিজ্ঞানী নিকোলাই বাসোভ এবং আলেকজান্ডার প্রোখোরভ কীভাবে মেসারকে স্থায়ী করা যায় তা বের করার চেষ্টা করেন। এই তিন ব্যক্তি তাদের আবিষ্কারের জন্য ১৯৬৪ সালে নোবেল পুরস্কার পান।

লেজার তৈরির প্রথম ধারণাটি এসেছে চার্লস টাউনস এবং আর্থার শাওলো থেকে। গর্ডন গোল্ড একই ধারণা নিয়ে কাজ করেছিলেন এবং ১৯৫৯ সালে একটি কাগজে সেগুলি লিখে রেখেছিলেন। এই কাগজটিতে প্রথমবার লেজার শব্দটি ব্যবহার করা হয়েছিল।

প্রথম কার্যকরী লেজারটি থিওডোর মাইম্যান দ্বারা আবিষ্কার হয় এবং ১৬ই মে, ১৯৬০ সালে এর পরীক্ষামূলক প্রদর্শন হয়।

এটি কিভাবে শক্তি পায়?সম্পাদনা

লেজার বিদ্যুৎ দ্বারা চালিত হয়। বৈদ্যুতিক প্রবাহ এটিকে আলো নির্গত করার জন্য প্রয়োজনীয় শক্তি দেয়।

এটি কীভাবে কাজ করে?সম্পাদনা

লেজারের নামটি একটি সংক্ষিপ্ত রূপ যা নামের প্রথম অক্ষর থেকে এসেছে, এর পুরো নাম (লাইট আম্প্লিফিকেশন বাই স্টিমুলেটেড এমিশন অফ রেডিয়েশন) "বিকিরণের উদ্দীপিত নির্গমন দ্বারা আলোক পরিবর্ধন"। একটি উপাদানে শক্তি পাম্প করে আলোর একটি উজ্জ্বল রশ্মি তৈরি করতে পারে এইটাই বলা হয় লেজার শব্দের মাধ্যমে। শক্তির বিকিরণ বাইরের উৎস থেকে উপাদানে যায় এবং উপাদানটিকে পাম্প করে বা উত্তেজিত করে। উপাদানের পরমাণুগুলি এই শক্তি শোষণ করে একটি উত্তেজিত/দ্রুত-চলমান অবস্থায় যায়।

আলোর এক একটি প্যাকেটকে ফোটন বলা হয়। এই শব্দটি এসেছে আলোর গ্রিক নাম থেকে। যখন একটি নির্দিষ্ট রঙের ফোটন একটি উত্তেজিত পরমাণু অতিক্রম করে, তখন এটি সেই পরমাণুটিকে একই রঙের একটি ফোটন ছেড়ে দেয়। তাই মোট আলো কিছুটা উজ্জ্বল হয়ে ওঠে এবং ফোটনগুলি উপাদানের মধ্য দিয়ে চলতে থাকে। এটি করার সাথে সাথে এটি অন্যান্য উত্তেজিত পরমাণুগুলিকে অতিক্রম করলে এগুলিও একই রঙের ফোটন নির্গত করে। ফলস্বরূপ আলোক বিবর্ধিত হয়, একক রঙের একটি উজ্জ্বল লেজার রশ্মি তৈরি হয়।

আলোক রশ্মি সমস্ত উত্তেজিত পরমাণুকে তাদের শক্তি ফোটন হিসাবে ছেড়ে দিতে বাধ্য করে। সাধারণত সমস্ত আলো কোনো বাধা দ্বারা শোষিত না হওয়া পর্যন্ত যেতে থাকে। তবে যদি উপাদানটিতে আরও শক্তি পাম্প করা হতে থাকে তবে এটি লেজার রশ্মি চালু রাখবে।

উপাদানের প্রতিটি প্রান্তে একটি আয়না দিয়ে একটি লেজার তৈরি করা হয়। আলোক ফোটনগুলি এই আয়নার পিছনে বাউন্স করবে, যার ফলে ফোটন নির্গমনের পরিমাণ বাড়তে থাকবে।

রুবি লেজারসম্পাদনা

অংশসমূহসম্পাদনা

কিছু লেজারে শুধুমাত্র ডায়োড থাকে৷ এটি অর্ধেক কেটে দেখানো হলো যাতে আপনি এর অংশগুলি দেখতে পারেন৷ নীচের ছবিটি একটি লেজার ডায়োড দেখানো হলো, যা আলো নির্গমন ডায়োডের অনুরূপ।

 
লেজার ডায়োডের অংশচিত্র

নীচের ছবিটি একটি রুবি লেজারের। প্রথম কাজ করা লেজারটি একটি রুবি লেজার ছিল এবং এটি ১৯৬০ সালে আবিষ্কৃত হয়েছিল।

এটি অর্ধেক কাটা হয়েছে যাতে আপনি এর অংশগুলি দেখতে পারেন। কেন্দ্রে চকচকে লাল টিউবটি একটি রুবি স্ফটিক। সেখান থেকে লেজারের রশ্মি আসবে যখন লেজারটি চালু করা হবে।

 
রুবি লেজারের অংশচিত্র

আপনি যদি ছবিটি ভালোভাবে দেখেন তবে আপনি দেখতে পাবেন যে, একটি রুবি ক্রিস্টালের প্রতিটি প্রান্তে সংযুক্ত দুটি বৃত্তাকার আয়না রয়েছে। দূরের দিকের আয়নাকে বলা হয় "সম্পূর্ণ প্রতিফলিত আয়না"। এই ধরনের আয়নায় পৌঁছানো সমস্ত আলো আবার বাউন্স করে ফেরত আসে।

ক্রিস্টালের কাছাকাছি প্রান্তে থাকা আয়নাটিকে "আংশিকভাবে প্রতিফলিত আয়না" বলা হয়। এই ধরনের আয়না বেশিরভাগ আলোকে প্রতিফলিত করে, তবে কিছু আলো এটির মধ্য দিয়ে যেতে পারে।

কোয়ার্টজ দিয়ে তৈরি একটি নল রুবি স্ফটিকের চারপাশে কুণ্ডলী করা থাকে। এটিকে "কোয়ার্টজ ফ্ল্যাশ টিউব" বলা হয় এবং এর প্রতিটি প্রান্ত একটি পাওয়ার সাপ্লাইয়ের সাথে সংযুক্ত থেকে একটি বৈদ্যুতিক সার্কিট গঠন করে। উপরের ছবিতে আমরা কোয়ার্টজ ফ্ল্যাশ টিউবের উদাহরণ রেখেছি, যাতে আপনি স্ফটিকের আরও ভালো দৃশ্য পেতে পারেন।

এই সমস্ত অংশগুলি একটি অ্যালুমিনিয়াম সিলিন্ডারের ভিতরে থাকে। সিলিন্ডারটি একটি বাঁকা আয়নার মতো, যা ভালোভাবে পালিশ করা থাকে।

এটিকে সুইচ অন করাসম্পাদনা

যখন বৈদ্যুতিক পাওয়ার সাপ্লাই চালু করা হয়, তখন কোয়ার্টজ ফ্ল্যাশ টিউবের মধ্য দিয়ে একটি কারেন্ট প্রবাহিত হয় এবং এটি খুব উজ্জ্বল আলোর বিস্ফোরণ দেয়। ফ্ল্যাশ টিউবের চারপাশে প্রতিফলিত সিলিন্ডার রুবি স্ফটিকের উপর সমস্ত আলো ফোকাস করতে সাহায্য করে।

 
আলোকিত কোয়ার্টজ ফ্লাশ টিউব

ক্রিস্টালের ভেতরে কী হয়?সম্পাদনা

অন্য সবকিছুর মতো, রুবি স্ফটিকও পরমাণু দিয়ে তৈরি। বাস্তবে একটি পরমাণু এত ক্ষুদ্র যা আপনি খালি চোখে দেখতে পারবেন না, এমনকি একটি খুব শক্তিশালী মাইক্রোস্কোপ দিয়েও ভালো দেখা যায় না। এই ছবিতে এগুলিকে অনেক বড় করে দেখানো হলো যেন আপনি দেখতে পারেন:

 
রুবির স্ফটিকের পরমাণু

কোয়ার্টজ ফ্ল্যাশ টিউব থেকে আলো স্ফটিকের পরমাণুগুলিতে আঘাত করে। কিছু পরমাণু আলো শোষণ করে, তাদের আরও শক্তি দেয়। তারা একটি "উচ্চ শক্তি স্তর" আছে বলা হয়. তাদের আগের শক্তির স্তরে ফিরে যেতে, তাদের অবশ্যই আলো থেকে পাওয়া অতিরিক্ত শক্তি থেকে মুক্তি পেতে হবে। তারা "ফোটন" নামক আলোর একটি ক্ষুদ্র কণা নির্গত করে এটি করে। বিজ্ঞানীরা এই প্রক্রিয়াটিকে "বিকিরণের উদ্দীপিত নির্গমন" বলে থাকেন কারণ পরমাণুগুলি উজ্জ্বল আলোর দ্বারা উদ্দীপিত হয়, যার ফলে আলোর ফোটনের নির্গমন ঘটে এবং আলো হল এক ধরনের বিকিরণ। পরের ছবিতে পরমাণু থেকে নির্গত ফোটন দেখানো হলো।

 
ফোটন বিচ্ছুরণকারী রুবির পরমাণু

অবশ্যই, বাস্তবে ফোটনগুলি ছবির তুলনায় অনেক ছোট। ফোটনগুলি পরমাণু তৈরির উপাদানগুলির চেয়েও ছোট!

ফোটনগুলি কোথায় যায়?সম্পাদনা

যখন এগুলি পরমাণু থেকে নির্গত হয়, তখন আলোর ফোটনগুলি সমস্ত দিকে ছড়িয়ে পড়ে।

 
ফোটনের বিচ্ছুরণ

কখনও কখনও তারা অন্য পরমাণুর কাছাকাছি চলে যায়, এবং এরকম ঘটলে তখন অন্য পরমাণুও একটি ফোটন নির্গত করতে পারে।

 
ফোটন কণা যা আরও ফোটনের বিচ্ছুরণ ঘটাতে পারে

যদি অন্য পরমাণু থেকে ফোটন নির্গত হয়ে আরেকটি পরমাণু অতিক্রম করে, সেই পরমাণুটিও একটি ফোটন নির্গত করতে পারে। তাই ফোটনের সংখ্যা খুব দ্রুত বৃদ্ধি পায় এবং লেজারের ভেতরটা খুব উজ্জ্বল এবং গরম হয়ে ওঠে। একটি জল শীতক পদ্ধতি এটির অতিরিক্ত গরম হওয়া আটকাতে পারে।

 
একাধিক ফোটন

লেজার রশ্মি কীভাবে তৈরি হয়?সম্পাদনা

আলোর ফোটনগুলি যখন আয়নায় আঘাত করে, তখন তারা তাদের থেকে প্রতিফলিত হয়। অনেক ফোটন আয়নার পিছনে বাউন্স করে ও কিছু আয়নার ফাঁক থেকে বেরিয়ে আসে, পথে অন্যান্য পরমাণুকে অতিক্রম করলে আরও বেশি ফোটন নির্গত হবে। বিজ্ঞানীরা একে "আলোক পরিবর্ধন" বলে থাকেন, কারণ এর ফলে আলো (ফোটন দিয়ে তৈরি) পরিবর্ধিত হয় (উজ্জ্বল করা হয়)।

অনেকগুলি ফোটন আয়নার মধ্যে ও পিছনের পৃষ্ঠে ঘোরাফেরা করে, তাদের মধ্যে অনেকগুলি আংশিক প্রতিফলিত হয়ে আয়নার মাঝে থাকা স্ফটিক গলে পালিয়ে যায়। আমরা নীচের ছবিতে এইরকম কিছু ফোটনগুলির দেখিয়েছি।

 
সামনের দিকের আয়না থেকে ফোটনের নির্গমন

লেজার রশ্মি এইরকম কয়েক মিলিয়ন ফোটনের কণা দিয়ে তৈরি, সামনের আয়নায় থাকা স্ফটিক থেকে এগুলি বেরিয়ে আসে।

 
লেজার রশ্মি

সুইচ চেপার পর থেকে লেজার রশ্মি প্রদর্শিত হওয়া পর্যন্ত পুরো প্রক্রিয়াটি চোখের পলকে ঘটে।

এটি কতটা বিপজ্জনক?সম্পাদনা

একটি লেজার রশ্মি থেকে আলো খুব উজ্জ্বল হতে পারে। এতে পর্যাপ্ত শক্তি থাকলে এই রশ্মি চোখের ক্ষতিও করতে পারে। আপনি একটি লেজার রশ্মির দিকে সরাসরি তাকান উচিত নয়। বিজ্ঞানীরা যখন খুব শক্তিশালী লেজারের সাথে কাজ করেন, তখন তাদের অবশ্যই আঘাত এড়াতে তাদের চোখের উপর নিরাপত্তা গগলস পরতে হবে। এমনকি একটি দুর্বল লেজার রশ্মিও চোখের ক্ষতি করতে পারে যখন এটি দীর্ঘ সময়ের জন্য সরাসরি দেখা হয়।

এটা কী করে?সম্পাদনা

আলোর ফোটন একটি তরঙ্গের মতো মহাকাশে বিচরণ করে। ঠিক যেমন একটি তরঙ্গ জলের উপর দিয়ে চলার সময়ে উপরে এবং নীচে দোলা দেয়, একটি আলোক তরঙ্গেরও এরকম নির্দেশ হারে কম্পন হয়। এই হারকে ফ্রিকোয়েন্সি বা কম্পাঙ্ক বলা হয় এবং এটি কম্পনের হার বর্ণ নির্ধারণ করে।

একটি সাধারণ আলোর বাল্ব বিভিন্ন কম্পাঙ্কে আলোর অনেক ফোটন নির্গত করবে। ফলস্বরূপ, আমরা বাল্ব থেকে সাদা হিসাবে আলো দেখতে পাব। একটি লেজার শুধুমাত্র একক কম্পাঙ্ক সহ ফোটন নির্গত করে। এই ধরনের আলোকে বলা হয় মনোক্রোমাটিক যার অর্থ একক বর্ণ।

অনেকটা একই সময়ে প্যারেডে থাকা সৈন্যদের একটি দলের মতো, লেজার থেকে ফোটনগুলিও একে অপরের সাথে লক-স্টেপে বয়ে যাচ্ছে। একে বলা হয় সমন্বয়। এটি একটি লেজারের একটি খুব দরকারি সম্পত্তি কারণ তরঙ্গ একে অপরের সাথে যোগাযোগ করে। এই সুসংগততার বৈশিষ্ট্য, উদাহরণস্বরূপ, এটি লেজারগুলিকে হলোগ্রাম তৈরি করতে দেয়। হলোগ্রাম এমন ছবি যা একটি ত্রিমাত্রিক চিত্র তৈরি করতে পারে।

একটি লেজার থেকে আলো একই দিকে যায়। একটি ফ্ল্যাশলাইট থেকে আলো (ব্রিটিশ ইংরেজি: টর্চ) একটি শঙ্কু আকারে বেরিয়ে আসে এবং আপনি যত দূরে যান বিমের উজ্জ্বলতা হ্রাস পায়। কিন্তু লেজারের আঁটসাঁট রশ্মি অনেক বেশি দূরত্বে উজ্জ্বল থাকবে।

লেজারের এই তিনটি বৈশিষ্ট্য: একরঙা, সুসংগত এবং একটি ঘন সন্নিবিষ্ট রশ্মি, যা অনেক অ্যাপ্লিকেশনে কার্যকর। লেজার এখন বিভিন্ন ধরনের ডিভাইসে ব্যবহার করা হচ্ছে। (উদাহরণগুলির একটি তালিকার জন্য নীচে "এটি কীভাবে বিশ্বকে পরিবর্তন করেছে?" দেখুন।)

এটি কত প্রকার?সম্পাদনা

লেজার তাদের নির্গত আলোর কম্পাঙ্কে একে অপরের থেকে আলাদা হতে পারে। কম্পাঙ্ক লেজার তৈরি করতে ব্যবহৃত উপকরণের ধরনের উপর নির্ভর করে। এটি পরমাণুর বৈশিষ্ট্যের পার্থক্যের কারণে ঘটে।

লেজার তাদের নির্গত আলোর রশ্মির উজ্জ্বলতা বা তীব্রতায়ও পরিবর্তিত হতে পারে। দুর্বলতম লেজারগুলি মোটামুটি সহনশীল এবং একটি প্রজেক্টর স্ক্রিনে অবস্থান নির্দেশ করতে একটি শ্রেণীকক্ষে ব্যবহার করা যেতে পারে। সবচেয়ে শক্তিশালী লেজার কঠিন শিলা বা ধাতব শীটের মধ্য দিয়ে গিয়ে এটিকে ভাঙতে বা কাটতে পারে।

বিভিন্ন ধরণের লেজার রয়েছে। রশ্মি তৈরি করতে ব্যবহৃত উপাদান কঠিনো হতে পারে, যেমন রুবির টুকরো। কিছু তরল এবং গ্যাসও লেজার তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। লেজারগুলি কম্পিউটার চিপ তৈরিতে ব্যবহৃত অনুরূপ উপকরণ থেকেও তৈরি করা যেতে পারে। তাদের বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যের কারণে এগুলিকে অর্ধপরিবাহী উপাদান বলা হয়।

এটি কীভাবে বিশ্বকে পরিবর্তন করেছে?সম্পাদনা

 
জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা পৃথিবীর ঘন বায়ুমণ্ডলের কারণে অস্পষ্টতা ঠিক করতে লেজার ব্যবহার করেন।

লেজার খুব উপযোগী যন্ত্র এবং এগুলিকে অন্যান্য অনেক যন্ত্রে ব্যবহার করা হয়েছে। অপটিক্যাল ফাইবার বা আলোক তন্তু নামক একটি উপাদান লেজার থেকে আলোকে পথ নির্দেশ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে এবং এটি কম্পিউটারকে একে অপরের সাথে সংযোগ বাড়ানোর জন্য ব্যবহার করা হয়। ডিস্কের ছোট গর্ত থেকে তথ্য পড়ার জন্য সিডি এবং ডিভিডি ড্রাইভেও লেজার ব্যবহার করা হয়। (ডিভিডি দেখুন)

লেজারের আলো সরল রেখায় ভ্রমণ করে। দীর্ঘ দূরত্ব পরিমাপ করার জন্য এবং সেতু এবং ভবন নির্মাণের সময় জিনিসগুলি সারিবদ্ধ রাখার জন্য আলোর সরল রশ্মি ব্যবহার করা যেতে পারে। সৈন্যরা একটি রকেটকে লক্ষ্যে নিয়ে যাওয়ার জন্য লেজার ব্যবহার করে থাকেন।

শক্ত ধাতু কাটার জন্য শক্তিশালী লেজার ব্যবহার করা যেতে পারে। এগুলি খুব সূক্ষ্ম অস্ত্রোপচারের জন্য ব্যবহার করা হয়, যেমন একটি চোখ ঠিক করা যা ভালভাবে দেখতে পারে না। উলকি বা একটি জন্মচিহ্ন অপসারণ করতে এর ব্যবহার করা যেতে পারে।

এই আবিষ্কারের আগে এর সহায়ক আবিষ্কার কি কি ছিল?সম্পাদনা

লেজার তৈরি করার জন্য, বিজ্ঞানীদের ব্যাখ্যা করতে হয়েছিল কিভাবে পরমাণু কাজ করে। তাদের "কোয়ান্টাম মেকানিক্স" নামক তত্ত্ব নিয়ে আসতে হয়েছিল, যা বলে যে আলো এবং অন্যান্য খুব ছোট কণাগুলির "কোয়ান্টা" নামক প্যাকেটে শক্তি সঞ্চিত থাকে। এই শব্দটি ল্যাটিন "কোয়ান্টাম" থেকে এসেছে, যার "কিছু পরিমাণ"।

কোয়ান্টাম মেকানিক্সের তত্ত্ব বলে যে একটি পরমাণু শুধুমাত্র নির্দিষ্ট পরিমাণের শক্তি সঞ্চয় করতে পারে। একটি পরমাণুর ভিতরে ইলেকট্রন নামক ক্ষুদ্র ঋণাত্মক কণা থাকে যা শক্তি শোষণ করতে পারে। যখন একটি ইলেক্ট্রন ঠিক পরিমাণে শক্তি গ্রহণ করে, তখন এটি একটি উচ্চ স্তরে লাফ দিতে পারে। এটি করার মাধ্যমে এটি একটি উত্তেজিত অবস্থায় প্রবেশ করে, যার অর্থ এটিতে অধিক শক্তি সঞ্চিত রয়েছে। পরবর্তীতে ইলেক্ট্রন এই শক্তিকে ছেড়ে দিয়ে আবার নিচের দিকে কম উত্তেজিত অবস্থায় নেমে আসে।