- එකිනෙකට ලම්බකව විචලනය වන්නාවූ විද්යුත් ක්ෂේත්රයකින් හා චුම්භක ක්ෂේත්රයකින් සමන්විත තරංග විශේෂයක් විද්යුත් චුම්භක තරංග ලෙස හඳුන්වනු ලබයි.
- තරංගය ප්‍රගමනය වීම සිදුවන්නේ ඉහත ක්ෂේත්‍ර දෙකටම ලම්භක දිශාවකටය. එබැවින් විද්යුත් චුම්බක තරංග තීර්යක් තරංග ගණයට අයත් වේ.
- මෙලෙස එකිනෙකට ලම්බකව විචලනය වන විද්යුත් – චුම්භක ක්ෂේත්‍ර නිර්මාණය වන්නේ කෙසේදැයි අප විමසා බලමු.
- අවකාශයේ V ප්‍රවේගයෙන් චලනය වන +q ආරෝපණයක් සලකමු ඊට r දුරකින් පිහිටි X ලක්ෂය සලකමු.
එමනිසා X අක්ෂය මත ක්ෂේත්‍ර තීව්‍රතාව පහත පරිදි වේ.
- q ධන ආරෝපණයක් බැවින් q හා X යාකරන රේඛාව ඔස්සේ ඉවතට ස්ථිති විද්යුත් ක්ෂේත්‍රය පිහිටන අතර මැක්ස්වෙල්ගේ දකුණත් නියමයට අනුව q හා X තලයට ලම්බකව චුම්බක ක්ෂේත්‍රයේ දිශාව පිහිටයි.
- නමුත් තරංග ඉදිරියට ප්‍රගමණය වීමට විචලනය වන චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් X ලක්ෂයේ පැවතිය යුතුය. එසේ සිදුවිය හැක්කේ ආරෝපණයේ ප්‍රවේගය V වෙනස් වන්නේ නම් පමණි.
- V වෙනස්වන බැවින් අපට ආරෝපණය ත්වරණය/මන්දනය වන්නේ යැයි පැවසිය හැකිය. ඒ අනුව විද්යුත් චුම්බක තරංග ඇති වීමට ආරෝපණය ත්වරණය හෝ මන්දනය විය යුතුය.
- ප්‍රායෝගික විද්යුත් චුම්බක තරංග නිපදවනුයේ සරල අනුවර්තිය චලිතයේ යෙදෙන ආරෝපණ මගිනි.
විද්යුත් චුම්බක තරංග වල ලක්ෂණ
- එකිනෙකට ලම්භක විද්යුත් හා චුම්භක ක්ෂේත්‍ර දෙකකින් සමන්විත වේ.
- තීර්යක් තරංග විශේෂයකි.
- පරාවර්තනය, විවර්තනය, ධ්‍රැවණය, වර්තනය යන සියලු තරංග ලක්ෂණ පෙන්වයි.
- මාධ්‍ය ස්වභාවය අනුව තරංගයේ වේගය තීරණය වේ.
- උදාසීනය. (අනාරෝපිතය)
- ඉහත 4 වන කරුණ අපට වර්තනාංක ඇසුරින් පැහැදිලි කරගත හැකිය.
- වාතය – 1.0 3×108 ms-1 (වේගය)
- වීදුරු – 1.5 2×108 ms-1 (වේගය)
- ඉහත අයුරින් තරංගය වෙනස් වන විට ඊට අනුරූපව λඅඩු හෝ වැඩිවීම සිදුවේ. සංඛ්‍යාතය (f) වෙනස් නොවේ.
V = fλ
විද්යුත් චුම්බක වර්ණාවලිය
- අපට ස්වභාවයේ දකින්නට ලැබෙන විද්යුත් චුම්බක තරංග සංඛ්‍යාතය ආරෝහණය හෝ අවරෝහණය වන පිළිවෙලට පෙළ ගැස්වූ විට විද්යුත් චුම්බක වර්ණාවලිය ලෙස හඳුන්වනු ලබයි.
විද්යුත් චුම්බක තරංග වල භාවිත
රේඩියෝ තරංග
- ගුවන් විදුලි හා රූපවාහිනී සන්නිවේදනය සඳහ
- ප්‍රචාරණ කටයුතු සඳහා
ක්ෂුද්‍ර තරංග
- රේඩාර් වල
- දුරමිනිය, ඉලෙක්ට්‍රෝන බැමුම් අනුනාදය වැනි කටයුතු වලදී.
- මයික්‍රෝ තරංග උදුන් වල
- චන්ද්‍රිකා වල හා සෙලියුලර් දුරකථන වල
අධොරක්ත කිරණ
- රාත්‍රී දෘෂ්ටි උපකරණ, ගෘහස්ථ උපාංග හා දුරස්ථ පාලක සඳහා
- කර්මාන්ත, වෛද්‍ය කටයුතු හා තාරකා විද්‍යා පර්යේෂණ සඳහා
දෘශ්‍ය ආලෝකය
- ඇස්වල දෘෂ්ටි විතාන උත්තේජනය කිරීම
- ඡායාරූප පටල මත බලපෑම් ඇති කිරීම
- ප්‍රභාසංස්ලේෂණ ක්‍රියාවලියට දායක වීම
- ප්‍රකාශ තන්තු මගින් සන්නිවේදනයට දායක වීම
- ඡායාරූප ශිල්පයේ දී භාවිතා වීම
පාරජම්බුල කිරණ
- අයනීකරණය හා ප්‍රතිදීපන ය ඇතිකිරීම
- රසායනික ප්‍රතික්‍රියා වේගවත් කිරීම
- ඡායාරූප පටල මත බලපෑම් ඇති කිරීම
- ප්‍රකාශ විද්යුත් ආචරණය ඇතිකිරීම
- වායුගෝලයේ ඉහළ මට්ටම් වලදී වායු පරමාණු සමග ගැටී අයන තනමින් පොළොව වටා අයන ගෝලය ඇති කිරීමට දායක වීම
- ක්ෂුද්‍ර ජීවීන් විනාශ කිරීම (ජීවානුහරනය)
- ප්‍රතිදීපන පහන් සඳහා යොදා ගැනීම
X කිරණ
- වෛද්‍ය විද්‍යාවේ දී X කිරණ ඡායාරූප ලබාගැනීමට භාවිතා කිරීම
- විකිරණ චිකිත්සා කටයුතුවලදී
- ආරක්ෂක කටයුතු වලදී
- කර්මාන්තවල හා ඉංජිනේරු යෙදීම් වලදී
ගැමා කිරණ
- වෛද්‍ය විද්‍යාවේදී
- කර්මාන්තවලදී
- ඉංජිනේරු විද්‍යාව හා න්‍යෂ්ටික විද්‍යාවේ දී
ලේසර් කදම්බ
- “උත්තේජිත විකිරණ විමෝචනය මගින් ආලෝකයෙ වර්ධනය” යන සිංහල වදන් පෙළෙහි ඉංග්‍රීසි තේරුම ඇති වචන සමූහයේ මුල් අක්ෂර භාවිතා කර ලේසර් යන වචනය තනා ඇත.
LASER – Light Amplification by Stimulated Emmision of Radiation
- සාමාන්‍ය ආලෝක කිරණවලට බෙහෙවින්ම සමාන ලේසර් කිරණ පරාවර්තනය, වර්තනය, නිරෝධනය, විවර්තනය, ධ්‍රැවණය වැනි තරංග ලක්ෂණ සියල්ලම පෙන්නුම් කරයි. එහෙත් සාමාන්‍ය ආලෝකයට නොපවතින ලක්ෂණ කිහිපයක් ලේසර් වලට ඇති නිසා ප්‍රායෝගික වශයෙන් ලේසර් ඉතා වැදගත් වේ.
පදාර්ථය හා විද්යුත් චුම්බක විකිරණ අතර අන්තර් ක්‍රියාව
- අවශෝෂණය
- බාහිර ශක්ති ප්‍රභවයක් මගින් පදාර්ථයේ පරමාණුවලට ශක්තිය සපයා එම පරමාණු සැකසුනු තත්ත්වයට පත් කරනු ලැබේ. එවිට එම පරමාණුවල පහළ ශක්ති මට්ටමක පවතින (භූමි මට්ටම) ඉලෙක්ට්‍රෝන ඉහළ ශක්ති මට්ටමක් වෙත හෝ මට්ටම් කිහිපයක් වෙත ගමන් කරයි.
- ස්වයං සිද්ධ විමෝචනය
- සැකමුනු පරමාණුවක ඉහළ ශක්ති මට්ටමක ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් පහළ ශක්ති මට්ටමකට හෝ භූමි මට්ටම වෙත පැමිණීම සිදුවේ. මෙය බාහිර බලපෑමකින් තොරව අහඹු ලෙස හා ස්වයංසිද්ධ ලෙස සිදුවන අතර මෙම විමෝචනය සිදු වෙන අවස්ථාව පරමාණු වෙන් පරමාණුවට වෙනස් වේ.
- මේ අනුව මුදාහරින විකිරණ පෝටෝන වල දිශා හා කලා ද අහඹු ලෙස වෙනස් වන අතර විකිරණ ශක්තිය, අදාළ ශක්ති මට්ටම් වල ශක්ති වෙනස (E2 – E1) ට සමාන වේ.
මුදාහරින ෆෝටෝන වල ශක්තිය = අදාළ ශක්ති මට්ටම් වල ශක්ති වෙනස
hf = E2 – E1
hc/λ = E2 – E1
λ = hc / E2 – E1
c – ආලෝකයේ වේගය
h – ප්ලාන්ක් නියතය
λ – ෆෝටෝන වල තරංග ආයාමය
- උත්තේජිත විමෝචනය
- මෙහිදී සිදුවන්නේ ස්වයංසිද්ධ විමෝචනය විකිරණයට සමාන ශක්තියක් (E2 – E1) ඇති ෆෝටෝනයක් E2 ශක්ති මට්ටමකට සැකමුනු පරමාණුවක් සමග ගැටීමට සැලැස්වීමයි.
- මේ සඳහා පිටතින් ෆෝටෝන ලබාදීම අවශ්‍ය නොවන අතර ස්වයංසිද්ධ විමෝචන යෙන් මුදාහරින ෆෝටෝන මගින් මෙම ක්‍රියාවලිය ස්වයංසිද්ධ ලෙස සිදුවේ.
- මෙම ෆෝටෝන වල ගැටීමටීම නැතහොත් උත්තේජනය වීම හේතුකොටගෙන E2 මට්ටමකට සැකමුනු පරමාණුවලින් ෆෝටෝන මුදා හැරීම සිදු වන අතර එවැනි පරමාණුවකින් මුදාහරින ෆෝටෝනයක ශක්තිය, පරමාණුව උත්තේජනය කිරීමට යොදාගත් ෆෝටෝනයක ශක්තියට (E2 – E1) සමානවේ.
- මෙහිදී උත්තේජනය කරන ෆෝටෝනය ට හා උත්තේජනය වූ ෆෝටෝනය ට එකම සංඛ්‍යාතය එකම කලාව හා එකම චරිත දිශාව පවතී.
- ඉහත කරුණු හේතු කොටගෙන උත්තේජනය වූ ෆෝටෝනය, උත්තේජනය කරන ෆෝටෝන යට පූර්ණ ලෙස සමචාරී යැයි කියනු ලැබේ.
- විශාල පරමාණු සංඛ්‍යාවක් ඇති පද්ධතියක් උත්තේජිත විමෝචන ක්‍රියාවලියට භාජනය කිරීමෙන් වඩා තීව්‍ර ප්‍රතිදාන කදම්භයක් ලබාගත හැකිය.
- ස්වයංසිද්ධ විමෝචනය සාමාන්‍ය ආලෝකය නිපදවන ප්‍රධාන ක්‍රියාවලිය යි. මෙහිදී විමෝචනය වන ආලෝක ෆෝටෝන එකම සංඛ්‍යාතයකින් යුක්ත නොවන එනම් සමචාරී නොවන අතර ඒවා අතර ස්ථිර කලා සම්බන්ධතාවයක් ද නොපවතී. තවද එම ආලෝකය ට වැඩි කලාප පළලක් පවතින්නේ යැයි කියනු ලබන අතර එනිසා එයට වැඩි තරංග ආයාම පරාසයක් එනම් වර්ණ කිහිපයක් පැවතිය හැක. එබැවින් එම ආලෝකය ආවර්තික හෙවත් ඒකවර්ණ නොවේ.
- ලේසර් ආලෝකය නිපදවනු ලබන්නේ උත්තේජිත විමෝචන ක්‍රියාවලිය පදනම් කරගනිමිනි. මෙහිදී ලේසරය සැකසෙන්නේ උත්තේජිත විමෝචනය මගින් මුදාහරින ආලෝකය ස්වයංසිද්ධ විමෝචනය අභිබවා යන පරිදිය.
ලේසර් ක්‍රියාවලිය
- ලේසර් පොම්ප කිරීම
- පහල ශක්ති මට්ටමක පවතින පරමාණුවක ට ශක්තිය සපයමින් එය සැකමුනු තත්ත්වයට පත් කරන අතර එහිදී පරමාණුව ඉහළ ශක්ති මට්ටමකට පැමිණේ. මෙහිදී මෙම ශක්තිය සැපයීමේ ක්‍රියාවලිය ලෙස පොම්ප කිරීම නම් වේ.
පරමාණුව (M) + ෆෝටෝන සැකමුණු පරමාණුව (M*)
E1 + hf = E2
E2 – E1 = hf
- මෙහිදී ශක්තිය අවශෝෂණය වීමේ සීඝ්‍රතාවය, පහළ ශක්ති මට්ටමේ පවතින පරමාණු ඝනත්වය මත සහ බාහිරින් සපයන ශක්ති ෆෝටෝන ඝනත්වය මත රඳා පවතී.
- ස්වයංසිද්ධ විමෝචනය
- සැකමුණු පරමාණුව බාහිර උත්තේජනයකින් තොරව එනම් ස්වයංසිද්ධව ක්ෂණික ලෙස ශක්ති ෆෝටෝනයක් මුදාහරී.
- මෙහි සීඝ්‍රතාවය රඳා පවතින්නේ ඉහළ ශක්ති මට්ටමේ පවතින සැකමුණු පරමාණු ඝනත්වය මතයි.
සැකමුනු පරමාණුව (M*) පරමාණුව (M) + ෆෝටෝනය
(E2) (E1) (hf)
- උත්තේජිත විමෝචනය
- ඉහළ මට්ටමේ පවතින සැකමුනු පරමාණුව තවත් hf ශක්තියකින් යුතු ෆෝටෝනය කින් උත්තේජනය කර පහළ මට්ටමට ගෙන එයි. මෙහිදී පිටවන ශක්ති ෆෝටෝනය, උත්තේජනය කිරීමට යොදාගත් ෆෝටෝනයේ ශක්තියට සමාන වන අතර එම ෆෝටෝන දෙක සමචාරි වේ. ඒ අනුව මෙම ෆෝටෝන දෙක එකතු වීමෙන් මුදාහරින ෆෝටෝන වල ශක්තිය දෙගුණ (2hf) වේ.
සැකමුනු + උත්තේජනය පරමාණුව + උත්තේජනය + උත්තේජනය
→
පරමාණුව (M*)කරන ෆෝටෝනය (M) කරන ෆෝටෝනයවූ ෆෝටෝනය
E2 + hf = E1 + hf + hf
E2 + hf = E1 + 2hf
- ලේසර් නිෂ්පාදනයේ වැදගත්ම පියවර වන්නේ උත්තේජිත විමෝචන ක්‍රියාවලියයි.
- මෙහි සීග්‍රතාව ඉහළ ශක්ති මට්ටමේ පවතින සැකමුණු පරමාණු ඝනත්වය මත සහ උත්තේජනයට යොදා ගැනෙන ෆෝටෝන ඝනත්වය මත රඳා පවතී.
- අපවර්තන ගහනය
- සාමාන්‍ය තත්ව යටතේ පහළ මට්ටමේ පවතින පරමාණු ඝනත්වය හෙවත් ගහනය, ඉහළ මට්ටමේ පරමාණු ග්‍රහණයට වඩා වැඩි නිසා පළමු පියවරේදී බාහිරින් සපයන විකිරණ ෆෝටෝන සියල්ලටම පාහේ අවශෝෂණය වන අතර එබැවින් උත්තේජිත විමෝචන ක්‍රියාවලිය සිදුවන්නේ ඉතා අඩු ප්‍රමාණයකිනි.
- තවද මෙහිදීසැකමුණුපරමාණු ස්වයංසිද්ධ විමෝචනය ට ලක් වෙමින් පහළ ශක්ති මට්ටම වෙත ළඟා වන බැවින් සෑම විටම සැකමුණු පරමාණු ගහණය (NE) පහළ මට්ටමේ ඇති පරමාණු ගහනය (NN) ට වඩා අඩුය. (NE < NN)
- කිසියම් ලෙසකින් NE > NN වන තත්ත්වයක් පවත්වා ගතහොත් පහළ මට්ටමේ පරමාණු ගහනය අඩු නිසා බාහිරින් සපයන විකිරණ ෆෝටෝන අවශෝෂණය වීමේ ශීඝ්‍රතාව ද අඩුවේ. උත්තේජිත විමෝචන ක්‍රියාවලිය ආරම්භ වේ.
- මෙහිදී මුදාහරින ෆෝටෝන නැවත අවශෝෂණය වීම අවම මට්ටමක පවතින අතර ඒවා තවදුරටත් සැකමුණු පරමාණු උත්තේජනය කිරීම සඳහා යෙදවේ.
- ඒ අනුව ලේසර් නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලිය වැඩි කරගැනීම NE > NN වන තත්වයක් යටතේ සිදුකර ගත හැක.
- මෙලෙස NE > NN වන අවස්ථාවක් පවත්වා ගැනීම අපවර්තන ගහනය ලෙස හඳුන්වනු ලැබේ.
- නමුත් සාමාන්‍ය තත්ත්ව යටතේ ශක්ති මට්ටම් දෙකක් පවතින පද්ධතියක් යොදා ගත් විට අපවර්තන ගහන තත්ත්වයක් ලබා ගැනීම සිදුකළ නොහැකි වේ. එබැවින් ශක්ති මට්ටම් දෙකක් පවතින පද්ධතියක් යොදා ගනිමින් ලෙස නිෂ්පාදන ක්‍රියාව වර්ධනය කළ නොහැකි වන අතර ඒ සඳහා ශක්ති මට්ටම් දෙකකට වඩා වැඩි සංඛ්‍යාවක් පවතින පද්ධතියක් යොදා ගත යුතුය.
ශක්ති මට්ටම් තුනක පද්ධතිය
- මෙහිදී ප්‍රථමයෙන් ශක්තිය අවශෝෂණය කරවීමෙන් (පොම්ප කිරීමෙන්) E1 වූ පහළ මට්ටමක පවතින පරමාණු E3 ශක්තියකින් යුත් ඉහළ මට්ටමක පවතින සැකමුණු පරමාණු බවට පත් කළ හැක.
- දෙවනුව ස්වයංසිද්ධ විමෝචන යටතේ පැටවුණු පරමාණු ශක්තිය මුදා හරිමින් ශක්තිය E2 (>E1) වූ අතරමැදි මට්ටමක පවතින පරමාණු බවට පත් කෙරේ. මෙය ක්ෂණිකව (10-8 s පමණ කාලයක් තුළ) බොහෝවිට විකිරණ නොවන ක්‍රියාවලියක් ලෙස සිදු කෙරේ.
- ලේසර් නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියේ අත්‍යවශ්‍යම මට්ටම වනුයේ E2 ශක්තියෙන් යුත් අතරමැදි මට්ටමයි. මෙහිදී පරමාණු සැලකිය යුතු කාලයක් තුළ (10-3 s පමණ) මෙම මට්ටම හිම පවත්වා ගනු ලබන අතර එමගින් අපවර්තන ගහන තත්ත්වයක් ලබාගත හැකිය. ආයුකාල සහිත මෙවැනි ශක්තිමත් “මිතාස්ථායි මට්ටම්” නම් වේ.
- මෙහිදී පරමාණු අතරමැදි තත්ත්වයට පත්වීම ස්වයංසිද්ධ ලෙස සිදුවීම නිසා ඉහළ මට්ටම ඉක්මනින් හිස් වීමෙන් පොම්ප වීමේ ක්‍රියාවලිය වේගවත් වී පහළ මට්ටමේ ඇති පරමාණු ගහණය (NN) වඩාත් අඩු වනු ඇත.
- පසුව අපවර්තන ගහන තත්වය (NE > NN) යටතේ පද්ධතියේ E2 ශක්තියෙන් යුතු අතර මැදි මට්ටමේ පවතින පරමාණු උත්තේජිත විමෝචන ක්‍රියාවලියට ලක්වෙමින් ලේසර් ආලෝක මුදාහරී.
- මෙහිදී අතරමැදි මට්ටමේ පවතින පරමාණු, පහළ මට්ටමට පත් වෙමින් ස්වයංසිද්ධ විමෝචන ක්‍රියාවලිය යටතේ මුදාහරින ශක්ති ෆෝටෝන උත්තේජන ක්‍රියාවට යෙදෙමින් දාම ක්‍රියාවක් ලෙස දිගින් දිගටම සිදුවේ.
- තවද මෙහිදී උත්තේජන ක්‍රියාව සිදුකරන උත්තේජන විකිරණ ෆෝටෝන වල ශක්තිය හා සංඛ්‍යාතය, පොම්ප කරන විකිරණ ෆෝටෝන වල ශක්තියට හා සංඛ්‍යාතයට වඩා වෙනස් වේ.
ලේසර් කිරණ ෆෝටෝනයක සංඛ්‍යාතය f නම්,
ලේසර් කිරණ ෆෝටෝනයක ශක්තිය = E2– E1
ලේසර් වර්ග
- රූබි ලේසර්
- හීලියම්-නියෝන් ලේසර්
- කාබන්ඩයොක්සයිඩ් ලේසර්
- ඩයි(Dye) ලේසර්
- Nd-YAG ලේසර්
- අර්ධ සන්නායක ලේසර්
ලේසර් වල යෙදීම්
- අක්ෂි ශල්‍යකර්ම (ඇසේ සුද ඉවත් කිරීම)
- වෛද්‍ය විමර්ශන
- ලෝහ තහඩු කැපීම
- කේත කියවීම
- ලේසර් මුද්‍රණ කටයුතු
- ඉලක්ක පෙන්නුම් කිරීම
- පරාස තීරණය කිරීම
- වර්ණාවලි සම්බන්ධ පරීක්ෂණ
- ප්‍රකාශ රසායන විද්‍යා කටයුතු
- හෝලෝග්‍රෑම් නිර්මාණය
- වර්ණවත් ආලෝකනය
ලේසර් කිරණ වල විශේෂ ගතිගුණ
- ලේසර් කිරණ කදම්බය ට ෆෝටෝන සමචාරීය වේ.
- ඉතා කෙටි කලාප පළලක් ඇත. (උදා – 0.01mm). එනම් ලේසර් කිරණ කදම්බයක් තුළ ඇති තරංග ආයාම පරාසය ඉතා කුඩා වේ. එනම් ලේසර් කිරණ කදම්බයක් ආසන්න වශයෙන් ඒකවර්ණ ලෙස සැලකේ.
- එකම දිශාවකට යොමු වී ඇත. එනම් ගමන් මගෙහි විසිරුම් අවම වේ
- ඉතා තීව්‍ර වේ.
ලේසර් පිලිබඳව තව දුරටත් දැන ගැනීමට පහත වීඩියෝව නරඹන්න.
ඉදිරියේදී ප්‍රශ්න ඇතුලත් වන්නේ මෙතනටයි.
