செவ்வாய்க்கிழமை 20 நவம்பர் 2018

லேசர் - இல்லாத பிரச்னைக்கான ஒரு நல்ல தீர்வு!

By ஹாலாஸ்யன்| Published: 11th August 2018 12:00 AM

 

பிரபல ஜேம்ஸ்பாண்ட் படமான கோல்ட்ஃபிங்கரில் ஒரு லேசர் ஒளிக்கற்றையால் ஆட்களைத் துண்டாக்குவதுபோல் காட்சி வரும். லேசர் கதிர்கள் என்றால், சிவப்பு அல்லது ஒளிர்கிற பச்சை நிறத்தில்தான் நாம் அனைவரும் கற்பனை செய்திருப்போம்.

உண்மையில், லேசர்கள் எப்படிச் செயல்படுகின்றன? லேசர் (LASER) என்பதற்கு Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation என்பதே விரிவாக்கம். கடைசியில் இருந்து ஒவ்வொரு சொல்லாகப் பார்க்கலாம். Radiation என்பது கதிர்வீச்சு. Stimulated Emission என்பது தானாக வெளிப்படாமல் ஏதோ ஒன்றின்‌ தூண்டுதலால் வெளிப்படுவது. Light Amplification என்பது ஒளியை பன்மடங்காகப் பெருக்குதல். ஆக, தூண்டப்பட்டு வெளிப்படும் கதிர்வீச்சினால் ஒளியைப் பன்மடங்காகப் பெருக்குதல் என்பது இதன் முழு விளக்கம்.

லேசர் உருவாக்கம் என்பது ஒரு போலிச் சாமியார் புகழ்பெறுவதைப் போலத்தான். வாழ்க்கையில் பிரச்னை அதிகமாகி‌ நம்மை அழுத்தும்போது, நாம் ஒரு ஸ்திரமில்லாத நிலைக்கு ஆளாகிறோம். நம்‌ பக்கத்து வீட்டுக்காரரோ தெரிந்தவரோ ஒரு சாமியாரிடம் போய் பிரச்னைக்குத் தீர்வு கண்டுவிட்டார் என்று கேள்விப்பட்டால், நாமும் அந்தச் சாமியாரிடம் போய்விடுவோம்தானே. இதுவே, நமக்குப் பிரச்னையெல்லாம் ஒன்றும் பெரிதாக இல்லை; காலை வணக்கத்துக்கு அப்துல் கலாமோ ஐன்ஸ்டைனோ சொன்னதாகப் பதிய எதுவுமில்லை என்பதே தலையாயப் பிரச்னை எனில், ‘ஹ! சாமியாராம் தீர்வு சொன்னாராம்‌’ என்று நக்கலாகச் சிரிப்போம்தானே. நாம் பிரச்னையுடன் போய் நம் பிரச்னையும் தீர்ந்துவிட்டால், நாமும் ஒரு நாலு பேரிடம், ‘நீ உடனே போய் சாமியப் பாரு. எல்லாம் சரியாப் போய்டும்’ என்று சொல்லத் தொடங்குவோம்தானே.

இதேதான் லேசரிலும் நடக்கிறது. கொஞ்சம் அடிப்படை அணு அறிவியல் பார்ப்போம். ஒரு அணு தேமேயென்று இருக்கும்போது, அதன் எலெக்ட்ரான்கள் பரமசிவன் கழுத்தில் இருந்து பாம்பு கேட்டதாம் என்ற ரேஞ்சில் பாட்டு பாடிக்கொண்டு, அதற்கென்று உள்ள வட்டப்பாதையில் சுற்றிக்கொண்டிருக்கும். வெப்பம், ஒளி போன்று எந்த ஆற்றல்‌ மூலம் கிடைத்தாலும், அணுவின் வெளி வட்டத்தில் இருக்கும் எலெக்ட்ரான்கள் சுவரேறிக் குதித்து அடுத்த வட்டத்துக்குப் போய்விடும். எலெக்ட்ரான்கள் அதனதன் சுற்றுப்பாதையில் இருப்பதை இயல்பு நிலை (ground state) என்றும் அடுத்த சுற்றுப்பாதைக்குப் போய் கூடுதல் ஆற்றலுடன் இருப்பதை கிளர்ச்சி நிலை (excited state) என்றும் அழைக்கிறார்கள். ஆனால், கிளர்ச்சி நிலையில் எலெக்ட்ரான்கள் வெகு நேரம் இருக்காது. எவ்வளவு ஆற்றலை உறிஞ்சிக்கொண்டு சுவரேறிக் குதித்ததோ, அதே அளவு ஆற்றலை ஒளியாகத் திருப்பிக் கொடுத்துவிடும். இதனை, தன்னிச்சையான உமிழ்வு (Spontaneous Emission) என்பார்கள். மெழுகுவர்த்தி, பழுக்கக் காய்ச்சிய உலோகத்தின் வெப்பம் இதெல்லாம் இப்படி தன்னிச்சையான உமிழ்வுதான்.

ஆனால், லேசர்கள் கொஞ்சம் வித்தியாசமான அணுகுமுறை. ஏதேனும் ஒரு ஆற்றல் மூலத்தைக் கொண்டு எலெக்ட்ரான்களை அடுத்த சுற்றுவட்டப்பாதைக்குப் போகச் செய்வார்கள்‌. அதற்கு பம்பிங் (pumping) என்று பெயர். அதாவது, கீழிருந்து மேலே அனுப்புதல். அந்த பம்பிங் என்பது எதுவரை நிகழ்த்தப்படும் என்றால், இயல்பு நிலையைவிட கிளர்ச்சி நிலையில் இருக்கும் அணுக்களின் எண்ணிக்கை அதிகமாக ஆகும் வரை நிகழ்த்தப்படும். இந்த நிலையை அணுத்தொகை ஏற்றம் (population inversion) என்கிறார்கள். இந்த எல்லா அணுக்களையும் கொத்தாக மெட்டாஸ்டேபிள் நிலை (metastable state) என்கிற ஒரு திரிசங்கு நிலைக்குக் கொண்டுபோய்விடுவார்கள்‌.

அப்போது, ஏதேனும் ஒரு அணுவில் எலெக்ட்ரான் தன் இயல்பு நிலைக்குத் திரும்பினால் ஒரு ஃபோட்டான் வெளிப்படும். அந்த ஃபோட்டான், இன்னொரு கிளர்ச்சி நிலையில் இருக்கும் எலெக்ட்ரானை போகிற போக்கில், ‘இன்னுமா நீ இங்க இருக்க?’ என்று உசுப்பேற்றி இயல்பு நிலைக்கு வரச்செய்து, அந்த ஆற்றலை ஃபோட்டானாக உருவிவிடும். இப்படியாகத் தூண்டிவிட்டு ஃபோட்டானை உருவுவது என்பது தூண்டல் உமிழ்வு (stimulated emission). கணக்கிட்டால், ஒவ்வொரு ஃபோட்டானும் இன்னொரு ஃபோட்டானை உமிழவைக்கும். அந்த இரண்டு ஃபோட்டான் இன்னும் இரண்டு ஃபோட்டான்களை உருவும். இப்படியாக ஃபோட்டான்களின் எண்ணிக்கை பல்கிப் பெருகும் அல்லவா? ஒளியின் அளவு அதிகமாவதுதான் light amplification. ஆக, லைட் ஆம்ப்ளிஃபிகேஷன் பை ஸ்டிமுலேட்டர் எமிஷன் Light Amplification by Stimulated Emission என்பது வந்துவிட்டதா?

மிக எளிதான ஒரு லேசர் கட்டமைப்பு ரூபி லேசர் எனப்படும் மாணிக்கப் படிகத்தால் ஆனது. உருளையாக இருக்கும் ஒரு மாணிக்கப் படிகத்தை உயர்சக்தி கொண்ட விளக்குகளால் சுற்றியிருப்பார்கள். தட்டையாக இருக்கும் இருபுறங்களில், ஒருபுறம் முழுவதும் ரசம் பூசப்பட்ட கண்ணாடியும், மறுபுறம் பாதி ரசம் பூசப்பட்ட கண்ணாடியும் வைத்து மூடிவிடுவார்கள். படிகத்தைச் சுற்றி இருக்கும் விளக்குகள், இளமை இதோ இதோ பாட்டில் வருவதுபோல் படக் படக் என்று எரிந்து, அணுக்களை பரவச நிலைக்குக் கொண்டுசெல்லும். மேற்சொன்னபடி,  தூண்டல் உமிழ்வில் வெளியாகும் ஃபோட்டான்கள், இரு கண்ணாடிகளுக்குள் பிரதிபலித்து படிகத்துக்குள்ளேயே அலைந்துகொண்டிருக்கும். ஏதோ ஒரு கணத்தில், பாதி ரசம்‌ பூசப்பட்ட பகுதி வழியாக கச்சிதமாக ஒரே ஒளிக்கற்றையாக வெளியேறும்.

லேசருக்குச் சில ஆச்சரியமான பண்புகள் உண்டு. அது ஒரே நிறமுடைய ஒளி. எல்லா அலைகளும் ராணுவ ஒழுங்கோடு ஒரே நேர்க்கோட்டில் பயணிக்கும். அதனால், ஆற்றல் சிதறாமல் கச்சிதமாக இருக்கும். ஒருங்கே பாய்வதால், தமிழில் லேசருக்கு ‘ஒருங்கொளி’ என்று பெயர்.

கோட்பாட்டு ரீதியாக ஐன்ஸ்டைன் விளக்கிய லேசரை, பிற்பாடுதான் விஞ்ஞானிகள் நடைமுறைச் சாத்தியமாக்கினர். ஒருங்கொளி கண்டுபிடித்ததன் மிகப்பெரிய முரண் என்னவெனில், இதை எதற்குப் பயன்படுத்துவதென்று அவர்களுக்கே தெரியவில்லை. அறிவியலாளர்களே, Laser - A solution without a problem என்று நக்கலடித்தார்கள்.

நல்லவேளையாக, இன்று நான் பல இடங்களில் ஒருங்கொளியைப் பயன்படுத்துகிறோம். சிந்தாமல் சிதறாமல் ஒரே நேர்க்கோட்டில் பாய்வதால் தூரங்களை அளப்பதற்கு லேசர்களைப் பயன்படுத்துகிறார்கள். அணுக்கடிகாரங்கள், புவியீர்ப்பு அலைகளைக் கண்டுபிடிக்கும் கருவி என இம்மிகூட பிசகாத துல்லியம் தேவைப்படும் இடங்களில் ஒருங்கொளி கைகொடுக்கிறது. உலோகங்களை கிறீச்சிடும் சத்தமோ, கூரான சிதைந்த ஓரங்களோ இல்லாமல் அறுக்க ஒருங்கொளிதான் உதவுகிறது. உலோகத்தின் மேல் படர்ந்திருக்கும் துருப்படலத்தை சட்டென்று ஆவியாக்கி பளிச்சிட வைப்பது ஒருங்கொளியின் சமீபத்தியப் பயன்களின் ஒன்று.

ஆற்றல் குவிந்து பாய்வதால், மருத்துவத்தில் சின்னச் சின்ன அறுவைச் சிகிச்சைகள், சிறுநீரகக் கற்கள் கரைக்கும் சிகிச்சை, கண்ணின் கோளத்தை லேசாகக் கரைப்பதன் மூலம் கிட்டப்பார்வையைச் சரிசெய்யும் லேசிக் சிகிச்சை என ஒருங்கொளி பலவாறாகப் பயன்படுகிறது.

ஆட்களை எல்லாம் வெறும் ஒருங்கொளியை வைத்துப் படத்தில் இருப்பதுபோல் கொன்றுவிட முடியாது. உயிர் போகாது. சில ஆற்றல் குறைந்த குறைகடத்தி ஒருங்கொளிகள் (semiconductor lasers) சூப்பர் மார்க்கெட்களில் நீங்கள் ஃபாரீன் போக வாங்கும் பருப்பில் இருக்கும் பார்கோடை (barcode) ஒளியால் வருடிப் படிக்கின்றன. உயிரைவிடவும் அங்கு காசுதான் போகும்‌.

Tags : technology தொழில்நுட்பம் கதிர்வீச்சு electron Ray லேசர் ஃபோட்டான் அணு எலெக்ட்ரான் ஒளி laser photon atom

More from the section

பேசும் ஆடைகள்
பாக்டீரிய சோலார் பேனல்கள்
நித்தியமும் லித்தியம்!
பேஸ்மேக்கர் - இதய நோயாளிகளின் வரப்பிரசாதம்
செல்ஃபியும் சிசிடியும்