জনসংখ্যা বিপরীতকরণ

জনসংখ্যা বিপরীতকরণ (Population Inversion) হলো এক অবস্থা যেখানে কোন একটি পরমাণু বা অণুর উচ্চতর শক্তিস্তরে থাকা কণার সংখ্যা তার নিম্ন শক্তিস্তরে থাকা কণার সংখ্যার চেয়ে বেশি হয়। এটি লেজার বিকিরণের জন্য একটি অপরিহার্য শর্ত, যেটি সাধারণ উষ্ণতাত্মক সাম্যাবস্থায় সম্ভব নয়। 

 তাত্ত্বিক ভিত্তি 
১৯১৭ সালে আলবার্ট আইনস্টাইন সম্ভাব্যতা গুণাঙ্ক (Einstein coefficients) ব্যবহার করে শোষণ, স্বতঃস্ফূর্ত নিঃসরণ এবং উদ্দীপিত নিঃসরণের তত্ত্ব প্রদান করেন। তাপীয় সাম্যাবস্থায়, স্বতঃস্ফূর্ত নিঃসরণের হার উদ্দীপিত নিঃসরণের চেয়ে বহু গুণ বেশি হয় (১ : ১০³³), যার ফলে প্রচলিত আলোক উৎসসমূহ অসংবদ্ধ হয়। 

লেজার তৈরি করতে হলে, উদ্দীপিত নিঃসরণের হারকে স্বতঃস্ফূর্ত নিঃসরণ ও শোষণের তুলনায় বেশি করতে হয়। এটি শুধুমাত্র তখনই সম্ভব, যখন উচ্চ শক্তিস্তরে কণার সংখ্যা (N₂) নিম্ন শক্তিস্তরের (N₁) চেয়ে বেশি হয়, অর্থাৎ N₂ > N₁ – এই অবস্থাকেই বলা হয় "জনসংখ্যা বিপরীতকরণ"। 

 কিভাবে অর্জন করা হয় 
দুই-স্তরবিশিষ্ট পদ্ধতিতে কেবলমাত্র শক্তিশালী পাম্পিং ব্যবহার করে N₂ > N₁ অর্জন করা কঠিন। তাই অধিকাংশ লেজার ব্যবস্থা তিন বা চার-স্তর বিশিষ্ট হয়:
 তিন-স্তর ব্যবস্থা: একটি শক্তিশালী পাম্পিং উৎস নিচু স্তর (E₀) থেকে উচ্চ স্তর (E₂) পর্যন্ত কণাগুলোকে উত্তেজিত করে। সেখান থেকে তারা দ্রুত E₁ তে চলে আসে, যেটি একটি দীর্ঘস্থায়ী (metastable) অবস্থা। এইভাবে E₁ এবং E₀ এর মধ্যে জনসংখ্যা বিপরীতকরণ অর্জিত হয়।
 চার-স্তর ব্যবস্থা: পাম্পিং উচ্চতর স্তর (E₃) পর্যন্ত উত্তেজিত করে, যেখান থেকে কণাগুলো metastable স্তর E₂ তে আসে। নিচু স্তর E₁ তে দ্রুত পতনের ফলে E₂ > E₁ অবস্থাটি অর্জন করা সহজ হয়। 

 গণনাত্মক ব্যাখ্যা   
উদ্দীপিত নিঃসরণের জন্য গেইন সহগ (gain coefficient) : হিসাব করা হয় নিম্নরূপ:

যেখানে,  
 – জনসংখ্যা পার্থক্য (Population difference)  
 – মাধ্যমের প্রতিসরণাঙ্ক  
 – ফোটনের শক্তি  
 – উদ্দীপিত নিঃসরণের আইনস্টাইন গুণাঙ্ক  
 – আলোর গতি

 ব্যবহার 
জনসংখ্যা বিপরীতকরণ অর্জনের পর, রেজোনেটরের মধ্যে ফোটন বারবার প্রতিফলিত হয়ে ক্রমাগত উদ্দীপিত নিঃসরণ ঘটায় এবং একধরনের প্রবল, দিকনির্দেশিত এবং সংবদ্ধ লেজার রশ্মি তৈরি করে। 

 দেখুন 
 লেজার
 উদ্দীপিত নিঃসরণ
 Einstein coefficients

 তথ্যসূত্র