जनसँख्या व्युत्क्रमण एव प्रकाशीय उत्तेजन क्या है ?

जनसँख्या व्युत्क्रमण एव प्रकाशीय उत्तेजन क्या है

जनसँख्या व्युत्क्रमण

आज के इस टॉपिक में हम  जनसँख्या व्युत्क्रमण ( Population Inversion ) के बारे में पड़ने जा रहे जिसमे हम समझेंगे की जनसँख्या व्युत्क्रमण क्या होता है यह किस प्रकार होता है तथा इसका उपयोग कहा किया जाता है तथा इसमें किस प्रकार की प्रिक्रिया होती है जिसके कारण इसमें एनर्जी फोटोन एक स्टेट से दूसरी स्टेट में मूव करते है इन सभी बातो के बारे में हम समझेंगे इसके बाद हम यह भी देखेंगे की प्रकाशीय उत्तेजन क्या होता है और यह प्रिक्रिया किस प्रकार होती है | तो सबसे पहले हम यही से शुरुआत करते है की जनसँख्या व्युत्क्रमण क्या होता है और किस प्रकार यह होता है |

जनसँख्या व्युत्क्रमण ( Population Inversion )  का मतलब होता है की High एनर्जी स्टेट में इलेक्ट्रान की संख्या ज्यादा होना Lower एनर्जी स्टेट की तुलना में और यह किसी विशेष परिस्थिति में ही होता है क्योंकि Normal Condition में ऐसा नहीं होता है Normal Condition में जो Upper एनर्जी स्टेट होता है उसमे इलेक्ट्रान की संख्या कम होती है तथा जो Lower एनर्जी स्टेट होता है उसमे इलेक्ट्रान की संख्या ज्यादा होती है |

लेकिन जब Lower एनर्जी स्टेट को एनर्जी दी जाती है फोटोन के रूप में तो किसी विशेष परिस्थिति के लिए इलेक्ट्रान एनर्जी Absorb करके Upper एनर्जी स्टेट में चले जाते है जिसमे जो पॉवर जनरेट होती है उसका Concept होता है की एक सिंगल फोटोन भी एनर्जी के लिए End रिजल्ट दे सकता है और इस प्रकार हर एक फोटोन के साथ एनर्जी जनरेट होती है इस घटना को जनसँख्या व्युत्क्रमण कहते है |

या फिर ऐसे कह सकते की जो हायर एनर्जी स्टेट होता है उसमे Atom की जनसँख्या Lower एनर्जी स्टेट की जनसँख्या से हमेशा ज्यादा होनी चाहिए और इस स्थति को Maintain करने के लिए अर्थात जो हायर एनर्जी स्टेट में Atom की जनसँख्या को Lower एनर्जी स्टेट की जनसँख्या से अधिक करने के लिए जिस प्रोसेस का उपयोग किया जाता है उसे जनसँख्या व्युत्क्रमण कहा जाता है |

जब यह प्रोसेस होती है तो इस प्रोसेस के दौरान Upper एनर्जी स्टेट से एक प्रॉपर Wavelength का फोटोन Ground स्टेट में Drop होता है और Stimulated Emission के कारण यह एक और फोटोन जो की इसी Wavelength का होता है उसे Drop करता है और इस प्रकार हर एक इलेक्ट्रान के Drop होने पर एक फोटोन Release होता है लेकिन जो Incoming फोटोन होता है वो हायर एनर्जी स्टेट में उपस्थित सभी इलेक्ट्रान से डायरेक्टली interact नहीं करता है लेकिन यह एडिशनल फोटोन के उत्सर्जन के लिए Excited स्टेट में उपस्थित इलेक्ट्रान के साथ इंटरैक्ट करता है | और यह प्रिक्रिया बहुत ही कम समय में होती है |

प्रकाशीय उत्तेजन

प्रकाशीय उत्तेजन एक ऐसी प्रक्रिया होती है जिसमे प्रकाश यानि की Light का  उपयोग करके किसी भी इलेक्ट्रान  को एनर्जी देकर एक स्टेट से उत्तेजित करके उसे दूसरी स्टेट तक पंहुचाया जाता है इसे प्रकाशिय उत्तेजन कहा जाता है जनसँख्या व्युत्क्रमण की घटना को सही तरीके से Maintain करने के लिए किसी भी एटम को  लगातार Excited स्टेट में रखने के लिए इस प्रकाशिय उत्तेजन की प्रोसेस का उपयोग किया जाता है | अर्थात इसका उपयोग Laser के निर्माण के लिए किया जाता है  जहा जनसँख्या व्युत्क्रमण की भी जरुरत होती है |

इसके लिए जिस भी सिस्टम में प्रकाशिय उत्तेजन की प्रक्रिया होती है उस सिस्टम को एनर्जी सप्लाई की जाती है और यह सिस्टम ऐसे Atom  रखता है जिनका खुद का अपना एक मैग्नेटिक फील्ड होता है लेकिन जब इन Atom पर प्रकाशीय एनर्जी की सप्लाई की जाती है तब इनके अन्दर Population Inversion होता है और ये Atom अपने खुद के मैग्नेटिक फील्ड से बाहर आकर प्रकाशीय Beam की इलेक्ट्रिक फील्ड की दिशा में आगे बड़ते है और इस प्रकार इनकी एनर्जी का Rearrangement होता है और इस प्रकार यह प्रक्रिया Laser के अन्दर पूरी होती है इसी Atom को एनर्जी प्रकाश के फोटोन के रूप में दी जाती है |

अब जब हमने दोनों के बारे मे समझ लिया है तो अब हम यह देखते है की किस प्रकार इस स्थति को Maintain किया जाता है हम मानते है की जो Upper स्टेट है उसमे जो Atom उपस्थित है उनकी संख्या N2 है तथा जो Lower स्टेट है उसमे Atom की संख्या N1 है |

अब अगर ये दोनों स्टेट Equilibrium कंडीशन में नहीं है तब  इस स्थति में N1  का मान हमेशा N2 से ज्यादा होगा अर्थात     N1  > N2 होगा | अब जब इन Atom को एनर्जी दी जाती है तब Atom का मूवमेंट Lower स्टेट से Upper स्टेट की और होने लगता है यह प्रोसेस जिस  उत्तेजन के द्वारा होती है उसे ही प्रकाशीय उत्तेजन कहा जाता है |

और यह मूवमेंट ही जनसँख्या व्युत्क्रमण ( Population Inversion ) कहलाती है और इसे इस प्रकार लिखा जाता है –  

∆ = N2 – N1   

और इस प्रकार जब जनसँख्या व्युत्क्रमण का मान धनात्मक होता है तब प्रकाश को Amplified किया जाता है जहा पर प्रकाशीय उत्तेजन किसी भी प्रकार का हो सकता है जैसे की इलेक्ट्रिकल प्रकाशीय उत्तेजन , ऑप्टिकल प्रकाशीय उत्तेजन , केमिकल प्रकाशीय उत्तेजन आदि प्रकार के प्रकाशीय उत्तेजन भी हो सकते है जिनका उपयोग किया जा सकता है |