नाइट्रोजन और आर्गन के बीच ऊर्जा रूपांतरण द्वारा ओपन‑एयर लेज़र संभव

कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय, लॉस एंजेलिस (UCLA) और मैक्स बॉर्न संस्थान के शोधकर्ताओं ने एक अध्ययन प्रकाशित किया, जिसमें नाइट्रोजन और आर्गन से लेज़र प्रकाश उत्पन्न करने का प्रदर्शन किया गया। यह अध्ययन खुले वातावरण में लेज़र बनाने पर दशकों के शोध को आगे बढ़ाता है। भविष्य में यह सेंसर, रोबोटिक्स और कई अन्य क्षेत्रों में सुधार करने में मदद कर सकता है। यहाँ मुख्य बातें दी गई हैं।

लेज़र तकनीक

दशकों तक लेज़र मुख्य रूप से दो दर्पणों के बीच स्थित प्रकाशीय गुहा से प्रकाश किरण गुज़ारकर काम करते रहे हैं। इन दर्पणों को इस तरह बनाया और कोण पर रखा जाता है कि प्रकाश बार-बार उनके बीच परावर्तित हो सके। इससे प्रकाश की तीव्रता बढ़ती है और दिखाई देने वाली केंद्रित किरण बनती है।

ओपन‑एयर लेज़र

लेज़र अनुसंधान की शुरुआत से ही इंजीनियर प्रवर्धन गुहाओं और दर्पणों के बिना लेज़र प्रकाश बनाने का प्रयास करते रहे हैं। इनमें एक समूह खुले वातावरण में लेज़र बनाने पर काम करता है। ये उपकरण तीव्र प्रकाश से उत्तेजित कणों की पारस्परिक क्रियाओं से लेज़र प्रकाश उत्पन्न करते हैं। हाल तक इस वैज्ञानिक अवधारणा को साकार करना संभव नहीं था। लेकिन इस हालिया अध्ययन के प्रकाशन के बाद स्थिति बदलती दिखाई देती है।

नाइट्रोजन‑आर्गन ओपन‑एयर लेज़र अध्ययन

अध्ययन में नाइट्रोजन और आर्गन के मिश्रण से वायुमंडलीय हवा में गुहा-रहित लेज़र उत्सर्जन उत्पन्न करने पर चर्चा की गई है। Physical Review Letters में प्रकाशित यह अध्ययन एक अवधारणा और कार्यशील मॉडल प्रस्तुत करता है, जिसने N₂ और Ar के बीच फोटॉन-मध्यस्थित ऊर्जा स्थानांतरण प्राप्त किया, जिससे सुपरफ्लोरेसेंस प्रतिक्रिया उत्पन्न हुई।

टीम ने कई अवधारणाओं की जाँच की, क्योंकि परिवेशी हवा में विभिन्न घटक होते हैं जो सुपरफ्लोरेसेंस प्रतिक्रिया उत्पन्न कर सकते हैं। यह सत्यापित करने के लिए कि आर्गन और नाइट्रोजन ही प्रतिक्रिया के सक्रिय घटक थे, टीम को ऑक्सीजन की स्थिर परिस्थितियों में दोनों के युग्मन की निगरानी करनी पड़ी। परीक्षणों में द्विदिश लेज़र प्रभाव समेत कई रोचक परिणाम मिले, जिनसे नए वैज्ञानिक प्रयोगों का रास्ता खुला।

ओपन‑एयर लेज़र – परीक्षण

परीक्षण की शुरुआत गैसों को उत्तेजित करने के लिए 261 nm के पंप लेज़र से हुई। उद्देश्य यह बेहतर समझना था कि आर्गन के मिश्रण में आयनीकरण की दर क्यों घटती है। इस परीक्षण के बाद इंजीनियरों ने Ar में 261 nm के फोटॉनों के त्रि-फोटॉन अनुनादी अवशोषण पर ध्यान केंद्रित किया। यहीं उन्हें द्विदिश लेज़र प्रभाव के साथ सीधा संबंध मिला।

रूपांतरण का विवरण दर्ज करना सुनिश्चित करने के लिए इस द्विदिश कैस्केडिंग लेज़िंग प्रभाव का विभिन्न प्राचलों के साथ परीक्षण किया गया। परीक्षण से पता चला कि नाइट्रोजन को आर्गन के साथ मिलाने पर वांछित प्रतिक्रिया उत्पन्न हुई, जबकि अन्य मिश्रणों ने किसी भी द्विदिश लेज़र प्रकाश स्पंद का उत्पादन नहीं किया। बारीकी से देखने पर पता चला कि Ar परमाणुओं द्वारा 261 nm के फोटॉनों का त्रि-फोटॉन अवशोषण विशेष रूप से कैस्केडेड सुपरफ्लोरेसेंस का उत्सर्जन उत्पन्न करता है। यह एक बड़ी खोज थी, क्योंकि पहले यह ज्ञात नहीं था कि N2 से Ar में ऊर्जा स्थानांतरित करने वाला फोटॉन-मध्यस्थित तंत्र संभव है।

अगला चरण आवृत्ति के परीक्षण से शुरू हुआ। शोधकर्ताओं ने विभिन्न आवृत्तियाँ आज़माईं और पाया कि थोड़ी अलग आवृत्ति पर अनुनाद करने वाले आर्गन की उपस्थिति में 261 nm प्रकाश के संपर्क में आने पर नाइट्रोजन के अणु इलेक्ट्रॉनिक रूप से उत्तेजित अवस्था में अरेखीय त्रि-फोटॉन अवशोषण प्रदर्शित करते हैं। इन आँकड़ों को भविष्य के प्रयोगों के मॉडल बनाने के लिए नए सूत्र विकसित करने हेतु एकत्र किया गया।

परिणाम

अध्ययन के परिणाम उत्साहजनक हैं और लेज़र अनुसंधान के क्षेत्र में बड़ा बदलाव ला सकते हैं। टीम ने वायुमंडलीय हवा में द्विदिश कैस्केडेड लेज़र प्रभाव सफलतापूर्वक उत्पन्न किए। विशेष रूप से, इंजीनियर खुले वातावरण में गुहा-रहित व्यवस्था से दो रंगों का द्विदिश लेज़र उत्सर्जन बनाने में सफल रहे।
शोध से कुछ अप्रत्याशित खोजें भी सामने आईं। टीम ने देखा कि मिश्रण में ऑक्सीजन की मात्रा आर्गन और नाइट्रोजन के अणुओं की पारस्परिक क्रिया को प्रभावित करती है। उनके परिणाम बताते हैं कि 1% O2 वाला मिश्रण गुहा-रहित, द्विदिश और लेज़र-जैसे उत्सर्जन के लिए आदर्श है।

ओपन‑एयर लेज़र के लाभ

इस तकनीक के कई लाभ हैं। इससे कम यांत्रिक पुर्जों वाले लेज़र बनाए जा सकते हैं। खुले वातावरण वाले लेज़र बनाने में तकनीकी और विनिर्माण संबंधी संसाधन कम लगेंगे। कम लागत से इनका उपयोग अधिक क्षेत्रों में हो सकेगा।

स्थिरता

आज के लेज़र में दर्पणों का उपयोग उनकी सबसे बड़ी कमज़ोरियों में से एक है। अपेक्षित प्रकाश किरण बनाने के लिए इन छोटे घटकों का बिल्कुल सही अंशांकन और संरेखण आवश्यक है। मूल अंशांकन से मामूली विचलन भी उपकरण को अनुपयोगी बना सकता है। बड़े वाणिज्यिक और सैन्य उपयोगों में लेज़र का विस्तार होने के साथ कम चलायमान पुर्जों वाले लेज़र की माँग बढ़ रही है। नाइट्रोजन-आर्गन लेज़र एक उपयोगी समाधान हैं।

हल्के वजन

हल्के आर्गन और नाइट्रोजन के उपयोग से भविष्य के लेज़र का कुल वज़न कम करने में मदद मिलेगी। लेज़र पहले से कई सूक्ष्म उपकरणों में इस्तेमाल होते हैं। लेकिन उनके संचालन का पैमाना इस बात पर निर्भर करता है कि निर्माता मुख्य घटकों को कितना छोटा कर सकते हैं। आर्गन-आधारित प्रणाली बहुत कम जगह घेरेगी और कम वज़नी होगी। इसलिए यह अगली पीढ़ी की अंतरिक्ष यात्रा, नैनोप्रौद्योगिकी और अन्य क्षेत्रों को आगे बढ़ाने में मदद कर सकती है।

संभावित उपयोग अनुप्रयोग

इस नए प्रकार के लेज़र प्रकाश के कई उपयोग हैं। LiDAR प्रणालियों से निगरानी और स्कैनिंग से लेकर कैंसर कोशिकाओं को लक्षित करने तक, दुनिया अधिक सटीक और सुलभ लेज़र के लिए तैयार है। आर्गन-आधारित इन उपकरणों के कुछ संभावित उपयोग आगे दिए गए हैं।

रिमोट सेंसिंग तकनीकें

विपरीत दिशा में खुले वातावरण में लेज़र उत्सर्जन की तकनीक का मुख्य उपयोग रिमोट सेंसिंग को बेहतर बनाना है। ये उपकरण नाइट्रोजन और आर्गन के मिश्रण से पारस्परिक क्रिया करते प्रकाश के अत्यंत क्षीण कणों का पता लगा सकते हैं। इससे अधिक संवेदनशील सौर पैनल, सुरक्षा उपकरण और अन्य उत्पाद बनाने में मदद मिल सकती है।

स्वास्थ्य देखभाल

शल्य उपकरणों से लेकर मस्तिष्क की स्कैनिंग तक, चिकित्सा में लेज़र के नए उपयोग लगातार सामने आ रहे हैं। ये उपकरण रोगों और स्वास्थ्य समस्याओं के उपचार का तरीका बदल रहे हैं। आर्गन-नाइट्रोजन मिश्रण पर आधारित छोटे और कम जटिल लेज़र उपकरण नैनोबॉट उपचार और ऐसे अन्य चिकित्सा विकल्पों का रास्ता खोल सकते हैं जो आज विज्ञान-कथा जैसे लगते हैं।

सैन्य उपयोग

पिछले दशक में सेनाओं ने लेज़र के साथ प्रयोग बढ़ाए हैं। वे इन्हें लक्ष्यों पर महँगी निर्देशित मिसाइलें दागने के कम लागत वाले विकल्प के रूप में देखती हैं। छोटे और सस्ते ड्रोन के इस्तेमाल ने उनकी चिंता और बढ़ा दी है। इसके चलते अधिकांश बड़ी सेनाएँ महँगी मिसाइल प्रणालियों के बजाय ड्रोन की लागत के अनुरूप वायु रक्षा विकल्प खोजने में जुटी हैं।
इस शोध से अधिक प्रभावी और शक्तिशाली लेज़र बनाए जा सकते हैं जिन्हें चलाने में कम ऊर्जा लगे। भविष्य में ये उपकरण सैनिकों और नागरिकों को ड्रोन तथा निर्देशित मिसाइलों के हमलों से बचाने में मदद कर सकते हैं। वे आने वाले ख़तरे की चेतावनी भी दे सकते हैं, जिससे लोगों को अपने प्रियजनों के साथ आश्रय लेने के लिए अधिक समय मिले।

शोधकर्ता

नाइट्रोजन-आर्गन ओपन-एयर लेज़र का अध्ययन कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय, लॉस एंजेलिस (UCLA) और मैक्स बॉर्न संस्थान के शोधकर्ताओं ने किया। शोधपत्र के मुख्य लेखक Zan Nie हैं। उन्हें Chan Joshi और Misha Ivanov के नेतृत्व वाली टीमों का सहयोग मिला; ये दोनों भी शोधपत्र के सहलेखक हैं।

ओपन‑एयर लेज़रों के शोध से लाभान्वित हो सकने वाली दो कंपनियां

कई कंपनियाँ अपनी सेवाएँ देने के लिए लेज़र पर निर्भर हैं। स्वचालित दरवाज़े खोलने से लेकर किराने के सामान की स्कैनिंग तक, लेज़र लगभग हर जगह उपयोग किए जाते हैं। दुनिया इस तकनीक पर कितनी निर्भर है, इसे भूल जाना आसान है। ये कुछ कंपनियाँ हैं जिनकी बाज़ार में मज़बूत स्थिति है और जो भविष्य में इस तकनीक को अपनाकर अपने वित्तीय परिणाम सुधार सकती हैं।

1. Heico Corporation

HEI मूल्य चार्ट

Heico Corporation (HEI ) (HEI-A ) फ़्लोरिडा स्थित एयरोस्पेस प्रौद्योगिकी निर्माता है, जो इस खोज का प्रभावी ढंग से उपयोग कर सकती है। कंपनी चिकित्सा, दूरसंचार, एयरोस्पेस, रक्षा, अंतरिक्ष और इलेक्ट्रॉनिक्स सहित विभिन्न उद्योगों के लिए उत्पाद बनाती है। यह एक प्रसिद्ध कंपनी है, जिसे निवेशकों के लिए टिकाऊ «होल्ड», यानी बनाए रखने योग्य निवेश, माना गया है।

Heico Corporation फ़्लोरिडा में एक विशाल विनिर्माण परिसर का संचालन करती है, जिसमें विभिन्न उद्योगों के लिए उसके उत्पादों का डिज़ाइन, निर्माण, मरम्मत, वितरण और बिक्री शामिल है। Capewell Aerial Systems के Aerial Delivery और Descent Devices प्रभागों का अधिग्रहण करने के बाद कंपनी ने लगातार विस्तार किया है। इस कदम ने Heico Corporation को एयरोस्पेस बाज़ारों में एक प्रमुख कंपनी के रूप में स्थापित किया।

कई निवेशकों का मानना है कि Heico Corporation आगे अच्छी वृद्धि करेगी। इनमें Warren Buffett का निवेश समूह Berkshire Hathaway (BRK.A ) (BRK-B ) भी शामिल है। HEI का बाज़ार पूंजीकरण लगभग 14 अरब डॉलर है, जिसके उत्पादों की माँग बढ़ने के साथ और बढ़ने की अपेक्षा है।

2. Laser Photonics Corporation

LASE मूल्य चार्ट

Laser Photonics Corporation (LASE ) का मुख्यालय फ़्लोरिडा में है और इसे लेज़र प्रौद्योगिकी की एक नवाचारी कंपनी माना जाता है। इसके उत्पादों में लेज़र सफ़ाई प्रणालियाँ, रक्षा प्लेटफ़ॉर्म, सुरक्षा निगरानी घटक और पेशेवर स्तर के लेज़र कटिंग उपकरण शामिल हैं। Laser Photonics अक्सर Fortune 500 की प्रमुख तकनीकी कंपनियों में सूचीबद्ध होती है और 30 वर्षों से अधिक समय से कार्यरत है। इसने कई रणनीतिक साझेदारियाँ की हैं, जिनमें लेज़र उत्पादों को बाज़ार तक पहुँचाने के लिए Fastenal Company (FAST ) के साथ सहयोग शामिल है।
नए ओपन-एयर लेज़र तंत्र से आने वाले महीनों में Laser Photonics Corp को लाभ हो सकता है। उपकरणों की लेज़र गुहाओं के समय-साध्य अंशांकन की आवश्यकता हटने से कंपनी की विनिर्माण प्रक्रियाएँ अधिक प्रभावी हो सकती हैं। सफलता के प्रति प्रतिबद्धता और निरंतर नवाचार LASE को किसी पोर्टफ़ोलियो में एक उपयोगी विकल्प बनाते हैं।

ओपन‑एयर लेज़र केवल शुरुआत हैं

यह अध्ययन आर्गन और नाइट्रोजन के माध्यम से ऊर्जा रूपांतरण का नया तंत्र उजागर करता है और क्वांटम बीटिंग जैसी अन्य परिवर्तनकारी तकनीकों का रास्ता खोलता है। इसलिए कई लोग मानते हैं कि टीम को अपने काम के लिए अधिक पहचान मिलनी चाहिए। फिलहाल, इंजीनियरों का यह नवाचारी समूह अपनी जाँच का विस्तार करने के लिए तैयार है, ताकि इन पारस्परिक क्रियाओं को संचालित करने वाली विकिरणीय युग्मन प्रक्रिया के और विवरण खोजे जा सकें।
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