லேஸர், மேஸர் ஒளிக்கதிர்கள் ஒப்பற்ற புதிய ஒளிக்கருவிகள்-1 (New Tools Laser & Maser Beams)

This entry is part of 26 in the series 20050722_Issue

சி. ஜெயபாரதன் B.E.(Hons) P.Eng (Nuclear), கனடா


ஒளியை அம்புபோல் திரட்டி ஏவலாம்!

ஒளியை ஊசியாய் உடலில் ஏற்றலாம்!

ஒளியலை பட்டைக் கோடுகள் படிக்கலாம்!

கிழிந்த கண்ணொளித் திரையை ஒட்டலாம்!

வெளியில் சுற்றும் விண்கப்பல்

கண்டத்தின் அடித்தட்டு நகர்ச்சியைக்

கணித்துச் சொல்லலாம்!

அண்டக் கோள் விடும் புயல் மூச்சை

விண்ணுளவி அனுப்பும் அலைப் பேச்சை

திண்ணையி லிருந்து

கண்டறியும் லேஸர்!

முன்னுரை: லேஸர், மேஸர் எனப்படும் புதிய ஒளிக்கருவிகள் இருபதாம் நூற்றாண்டின் இடைக் காலத்தில் வளர்ச்சி பெற்ற, ஒருவித நூதன, ஒப்பற்ற ஒளிக்கதிர்கள்! அவை அம்புபோல் சென்று பேரளவு ஆற்றலில் நேராகத் தாக்கும் வல்லமை படைத்தவை! அவ்விரு கதிரலைகளும் பொதுவான பரிதி, மின்விளக்கு ஒளியிலிருந்து வேறு பட்டவை. ஏக நிற அலை கொண்டவை அவை. ஒரே ஓளியலை நீளத்தைக் கொண்டு சீரான போக்கில் ஒரு திசையில் செல்பவை! லேஸர் கதிர்கள் பல வடிவங்களில், பல அளவுகளில், பல நிறங்களில், பல அலைகளில் ஆக்கப்படுபவை. கண்ணுக்குப் புலப்படும் கதிர்களும், புலப்படாத கதிர்களும் லேஸர் இனத்தில் உண்டாக்கப் படுகின்றன! லேஸர், மேஸர் ஒளிக்கருவிகள் மருத்துவம், தொழிற்துறை, விஞ்ஞானம், பொறியியல், விண்வெளித் தொடர்பு, இராணுவம், விஞ்ஞான ஆராய்ச்சி மற்றும் கலைத்துறை ஆகியவற்றில் பயன்படுத்தப் படுகின்றன.

லேஸர் ஒளிக்கதிர் சாதனத்தின் மூலம் நுண்ணிய பேராற்றல் படைத்த ஒளித்திரட்சியை ஆக்கி, ஒருநேர் கோட்டில், ஒரு திசையில் நெடுந் தூரத்திற்கு ஒரு குறியை நோக்கி அனுப்பலாம். பெரும் சக்தி ஊட்டப்பட்ட லேஸர் ஒளிக்கதிர் [High Energy Laser Beam] 100 மெகா வாட்ஸ்/சதுர செ.மீ திணிவாற்றலில் [Power Density: 100 MW per Sq.cm] ஒன்றின் மீது குவிந்து பாயச் செய்யலாம்! ரேடியோ அலைகளை விட பேரளவான எண்ணிக்கையில் லேஸர் மூலம் தகவல் தொடர்புகள் அனுப்பவும், பெறவும் முடியும்! விஞ்ஞான, மருத்துவ, தொழிற் துறைகளில் வெட்டுதல், ஒட்டுதல், துளையிடல், துணைக்கோள் தேடல், விண்வெளிக் கப்பல் உளவு, மருத்துவ ஆய்வு, அறுவைச் சிகிட்சை போன்றவைக்கு லேஸர் சாதனங்கள் பயன்பட்டு வருகின்றன.

1917 இல் ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டைன் (1879-1955) வெளியிட்ட, ‘ஒளிக்கதிர்களின் நுண்துகள் யந்திரவியல் ‘ [On the Quantum Mechanics of Radiation] என்னும் கட்டுரையில் ஒளிப்பண்பின் ‘சுய எழுச்சி, தூண்டு எழுச்சி [Spontaneous & Stimulated Emission] ஆகியவற்றைப் பற்றி விளக்கி இருக்கிறார். 1927 இல் ஆங்கில பெளதிக மேதை பால் டிராக் [Paul Dirac (1902-1984)] ஒளிக்கதிர்களின் தூண்டு எழுச்சிக்கு நுண்துகள் விளக்கம் [Quantum Interpretation of Stimulated Emission] என்னும் ஒரு வெளியீட்டைப் பரப்பினார். 1957 இல் சார்லஸ் டெளனெஸ், ஆர்தர் சாவ்லோ ஆகியோர் [Charles Townes & Arthur Schawlow] இருவரும் பெல் ஆய்வுக் கூடத்துக்காக லேஸர் ஒளிச் சாதனத்தை [Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)] விருத்தி செய்ய முயன்றனர்.

லேஸர் ஒளிக்கருவியை வளர்த்த முக்கிய நிபுணர்கள்

1960 ஆண்டுகளில் தகவலைத் தாங்கிச் செல்ல ஒளியைப் பயன்படுத்தும் நுணுக்க முறைகள் மீது விஞ்ஞானப் பொறியியல் வல்லுநருக்கு ஆர்வம் வளர்ந்தது! அப்போதுதான் ரூபிக் கோலைப் பயன்படுத்தி லேஸர் சாதனத்தைத் [Ruby Rod Laser] தியோடர் மெய்மான் [Theodore Maiman] படைத்து அதன் புதிய பயன்பாடுகள் பெருக ஆரம்பித்தன! 1961 இல் பெல் நிறுவகத்தில் [Bell Laboratory] பணியாற்றிய இந்தியர் குமார் படேல் முதன்முதல் தூய வாயுக்களைப் பயன்படுத்தி லேஸர் ஒளிக்கதிர் ஆய்வுகளை நடத்தி, 1963 ஆம் ஆண்டு தனது மகத்தான கார்பன் டையாக்ஸைடு லேஸர் சாதனத்தைப் படைத்து, லேஸர் வரலாற்றில் ஓர் உன்னத இடத்தைப் பெற்றார்.

1972 இல் அமெரிக்காவின் கார்னிங் கண்ணாடித் தொழிலகம் [Corning Glass Company] ஆடி ஒளிநார்களைத் [Fibre Glass] தயாரித்தது. 1976 ஆம் ஆண்டிலிருந்து வர்த்தக ஒளிநார்த் தொடர்புத்துறை [Commercial Fibre Optical System] இயங்கத் தொடங்கியது. இந்தியாவில் பிறந்து ஆக்ரா கல்லூரியில் படித்து, இங்கிலாந்தில் பெளதிக விஞ்ஞானத்தில் டாக்டர் பட்டம் பெற்று, அமெரிக்காவில் 45 ஆண்டுகள் ஆய்வுகள் செய்து ஒளிநார்த் தொடர்பை ஏற்படுத்திய டாக்டர் நரீந்தர் சிங் கபானி [Dr. Narinder Singh Kapany] என்பவர்தான் ‘ஒளிநார்த் தொடர்பின் பிதா ‘ [Father of Fibre Optics] என்று உலகெங்கும் தற்போது பாராட்டப்படுகிறார். 1977 இல் பெல் நிறுவகம் லேஸர் ஒளிபெருக்கியுடன், ஒளிநார்த் தகவல் அனுப்பு [Fibre Optics] முறையைப் பயன்படுத்தி, முதன்முதலாக சிகாகோ நகர்த் வீதிகளில் வாய்ப் பேச்சுகள், வீடியோ சமிக்கைகள், மின்கணனி விளக்கக் குறியிலக்குகள் ஒளித்தீவிர அதிர்வில் [Phone Calls, Video Signals, Computer Data on Light Pulses] அனுப்பப் பட்டன.

லேஸர் ஒளிக்கதிரின் தனித்துவப் பண்புகள்

1954 இல் சார்ல்ஸ் டெளனெஸ் முதன்முதல் மேஸர் [(MASER) Microwave Amplification By Stimulated Emission of Radiation (ஒளிக்கதிர் தூண்டு எழுச்சி மூலம் நுண்ணலை பெருக்கி)] ஒளிக்கருவியைப் படைத்தார். இது ரேடியோ அலைகளைச் சார்ந்தது. லேஸர் என்பது [(LASER) Light Amplification By Stimulated Emission of Radiation (ஒளிக்கதிர் தூண்டு எழுச்சி மூலம் ஒளி பெருக்கி)]. லேஸருக்கும், மேஸருக்கும் உள்ள முக்கிய வேறுபாடு என்ன ? இரண்டு வேறான கதிரலை வீச்சுகளில் இயங்கி வரும் தனிப்பட்ட ஒளிப்பட்டை அரங்குகளே [Spectrum Region] அவற்றை வேறுபடுத்துகின்றன. மேஸர் ஒளிக்கருவி இயங்கும் அரங்கம், ரேடியோ அலை (வானலை) ஒளிப்பட்டை [Radio Spectrum]. லேஸர் ஒளிக்கருவி இயங்கும் அரங்கம் வெளிச்ச ஒளிப்பட்டை [Light Spectrum]. மேஸர் ஒளிக்கருவி முதலாகக் கண்டுபிடிக்கப் பட்டாலும், லேஸர் ஒளிச்சாதனமே இரண்டிலும் மிக்க பயன்களை அளித்து வருகிறது. திடவம், திரவம் அல்லது வாயு [Solid, Liquid or Gas] என்ற பிண்டத்தின் மூன்று வகை வடிவத்திலும் உள்ள தூய மூலகங்கள் [Pure Elements] லேஸர் சாதனம் அமைக்க உபயோக மாகலாம்.

லேஸர் ஒளிக்கருவி மனித இனத்தின் புராதனப் பொறிநுணுக்கக் கனவுகளை நிறைவேற்றுவதாகக் கருதப் படுகிறது. மிக்க வெப்பத்தைத் தடுத்து, உலகின் மிகக் கடினப் பண்டத்தையும் ஆவியாக்கும் ஆற்றல் கொண்ட ஓர் ஒளிச்சாதனமாக லேஸர் உள்ளது! கோடிழுக்கும் அச்சுக் கட்டிகளில் [Wire-Drawing Dies] பதிக்கப் பட்டிருக்கும் வைரங்களில் துளையிட லேஸர் பயன்படுகிறது. மனித உடம்புகளில் ஒற்றைச் செல் கொண்ட பாகங்களில் நுண்மை அறுவைச் சிகிட்சைகளுக்கு [Microsurgery in Single Cell Body Parts] லேஸர் உபயோகமாகிறது. கிழிந்து போன கண்களின் பின்திரைப் [Retina of the Eye] பகுதியைப் பிணைக்க லேஸர் அறுவைச் சிகிட்சை பயன்படுகிறது.

1. லேஸர் ஒளிக்கற்றை ஏக நிறமுள்ளது [Monochromatic]: பரிதியின் ஒளியும், மின்குமிழியின் வெளிச்சமும் வெண்மையாகத் தெரிந்தாலும் ஒளியின் பல்வேறு அலை நீளங்களைக் கொண்டவை. முப்பட்டை ஆடி [Prism] வழியாகச் செலுத்தினால் பரிதியின் ஒளி, பல்வேறு வண்ணங்களில் தெரிகிறது. ஆனால் ஏக நிறம் கொண்டது, லேஸர் ஒளிக்கற்றை. அதாவது லேஸர் குறிப்பிட்ட ஒரே ஒரு அலை நீளத்தை உடையது. அவ்விதம் ஒற்றை அலை நீளம் உடைய லேஸர், இனத்துக்கு ஏற்ப தீவிர ஆற்றலில் சிவப்பு, நீலம், பச்சை அல்லது மஞ்சள் ஆகியவற்றுள் ஒரு குறிப்பிட்ட நிறத்தில் இருக்கும். லேஸர் ஒளிக்கறை கண்ணுக்குப் புலப்படும் நிறத்திலும், புலப்படாமல் புறஊதா அல்லது உட்புறச் சிவப்புக் கதிர்களாய் [Ultraviolet or Infrared Rays] இருக்கலாம். மேலும் லேஸர் ஒளிக்கற்றைகள் ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட நிறங்களிலும், பரிதி ஒளி, மின்வீச்சு விளக்கொளி [Sunlight & Flourescent Light] ஆகியவை போலின்றித் தனிப்பட்ட அலை நீளங்களில் உண்டாக்கப் படலாம்.

2. லேஸர் ஒளிக்கற்றை ஒருமைப்பாடுடன் இயங்குவது [Coherent]: லேஸர் ஒளியலைகள் சீராய் ஓரினத் தன்மையில் இயங்குபவை என்று உறுதியாகச் சொல்லலாம். மின்விளக்கின் ஒளியோ அல்லது பரிதியின் ஒளியோ அவ்வித மின்றி தாறுமாறான ஒளியலைகளில் பாய்கின்றன. லேஸரின் ஒளித்திரள்கள் ஒன்றுடன் ஒன்று சீரான நடையில் [Photons Move in Step with one another] இணைந்து செல்கின்றன. அதே சமயத்தில் மின்விளக்கின் ஒளி அலைகள் தாறுமாறாய், தப்புத் தாளங்களில், தவறிய பாதங்களில் ஒன்றுடன் ஒன்று முட்டி மோதிச் செல்கின்றன! லேஸர் ஒளிக்கற்றையின் சீரான நடைப் பண்பே, பேரளவு சக்தியை நுண்ணிய இழைகளில் கொண்டு செல்ல ஏதுவாக்குகிறது! கண்ணுக்குப் புலப்படும் லேஸர் ஒளிக்கற்றையில் அதன் சீரான போக்கே ஒளித்திரட்சியை உண்டாக்கிப் பேரொளி வீசச் செய்கிறது!

3. லேஸர் ஒளிக்கற்றையின் ஒரு திசைநோக்கிச் செல்லும் பண்பு [Uni-Directional]: லேஸர் கதிர்கள் மிகச் சிறியவை. இறுக்கித் திரட்சி யுற்றவை. பேரொளி வீசுபவை. லேஸரின் ஒளித்திரள்கள் [Photons] ஒன்றுக்கு ஒன்று இணையாகச் செல்பவை [Move in Parallel to Each other]. வீட்டில் கை மின்விளக்கின் [Flash Light] வெளிச்சம் பல அடிகள் விரிந்து அடிப்பது போலின்றி, லேஸர் கதிர்கள் குவிந்து கூர்மையாய் சுமார் ஓரங்குல விட்டத்தில் சிறியதாய்த் தெரிகின்றன. அதனால் லேஸர் கற்றைகளைத் திரட்டி நுண்மை ஆக்கி, மிகமிகச் சிறிய துளைகளில் அனுப்பி பேரளவு ஆற்றலைச் செலுத்த முடியும்.

(தொடரும்)

****

தகவல்:

1. How Lasers Work By: Davin Flateau, LFI International (2003-2005)

2. Laser Development Chronology [www.z-laser.com/zlaser_en/]

3. Dr. C. Kumar Patel Inventor of the Week: Archive [http://web.mit.edu/invent/iow/patel.html] (Jan 2000)

4. Schawlow & Townes Invent the Laser, The Invention of the Laser at Bell ‘s Lab [www.bell-labs.com/history/laser/] (1998)

5. Laser & Maser, Encyclopedia of Britannica (2001)

6. Laser Applications, Encyclopedia of Britannica (2001)

7. Laser, Hutchinson Concise Encyclopedia [1989]

8. Fibre Optics -Britannica Concise Encyclopedia [2003]

9. Basic Optical Transmission System -Optical Communications By Dr. Gerald Farrell [2002]

10 How Fibre Optics Work By: Craig C. Freudenrich Ph.D.

11 Dr. Narinder Singh Kapany By: Pearson Education Inc. [2005]

12 திண்ணை விஞ்ஞானக் கட்டுரை: அமெரிக்க ஆக்கமேதை அலெக்ஸாண்டர் கிரஹாம் பெல் (http://www.thinnai.com/sc0616051.html) [ஜூன் 16, 2005]

13 திண்ணை விஞ்ஞானக் கட்டுரை: ஒளிநார் வடத்தில் மின்தகவல் தொடர்புகள் (Fibre Optics Communications) http://www.thinnai.com/sc0630053.html [ஜூலை 1, 2005]

****

jayabarat@tnt21.com [S. Jayabarathan (July 21, 2005)]

Series Navigation