વિદ્યુત-પ્રકાશીય ઉપકરણો (Electro-optical Devices)

વિદ્યુત-પ્રકાશીય ઉપકરણો (Electro-optical Devices) : વિદ્યુત-પ્રકાશીય અસરો (electro-optical effects) પર આધાર રાખતાં ઉપકરણો. કોઈ પણ પારદર્શક પદાર્થમાંથી પ્રકાશના વહનનું સ્વરૂપ પદાર્થના વક્રીભવનાંક (refractive index) પર આધાર રાખે છે અને આ સંદર્ભમાં પદાર્થો – ખાસ કરીને સ્ફટિકોને બે બૃહદ વર્ગોમાં વહેંચવામાં આવે છે. એક વર્ગમાં સમરૂપ (isotropic) સ્ફટિકો આવે છે અને બીજા વર્ગમાં અસમરૂપ (anisotropic). સમરૂપ સ્ફટિકોનો વક્રીભવનાંક, તેમાંથી પસાર થતા પ્રકાશકિરણની ધ્રુવીભવન સ્થિતિ (polarization state) પર આધાર રાખતો નથી અને એક જ મૂલ્ય દર્શાવે છે, જ્યારે અસમરૂપ સ્ફટિકો માટે વક્રીભવનાંક, પ્રકાશની ધ્રુવીભવન સ્થિતિ અને સ્ફટિકના અક્ષ વચ્ચે સર્જાતા ખૂણા અનુસાર અલગ મૂલ્યો દર્શાવે છે.

કેટલાક સ્ફટિકો સામાન્ય પરિસ્થિતિમાં સમરૂપ જણાય છે, પરંતુ જ્યારે તેમને વિદ્યુતક્ષેત્રમાં રખાય ત્યારે અસમરૂપ બની જાય છે. (મોટા ભાગના પદાર્થો ઓછાવત્તા અંશે આવી અસર દર્શાવતા હોય છે;  પરંતુ આલેખ માટે પ્રસ્તુત સ્ફટિકોમાં આ અસર ઘણી પ્રબળ હોય છે). આ પ્રકારની અસરને વિદ્યુત-પ્રકાશીય અસર (electro-optical effect) કહેવાય. (Kerr તથા Pockel અસરો, આ પ્રકારની જ છે.) આ અસર દ્વારા, વિદ્યુતક્ષેત્રમાં ફેરફાર કરીને ક્ષેત્રમાં રાખેલા સ્ફટિકમાંથી પસાર થતા પ્રકાશના વહનને નિયંત્રિત કરી શકાતું હોવાથી, આ અસરનો ઉપયોગ કરતાં અનેક ઉપકરણો વિકસાવાયેલાં છે, જે વિદ્યુત-પ્રકાશીય ઉપકરણો કહેવાય. આમાં એક ઘણું ઉપયોગી ઉપકરણ વિદ્યુત-પ્રકાશીય સમાવર્તક (electro-optical modulator) છે, જે વિદ્યુતક્ષેત્રની મદદથી પ્રકાશકિરણને સંજ્ઞા-મુદ્રિત કરે છે (આ પ્રકારના મુદ્રણને modulation કહેવાય છે) અને આ પ્રણાલી પ્રકાશકિરણ દ્વારા સંદેશાવ્યવહાર માટે ઘણી ઉપયોગી છે.

ધ્રુવક (polarizer) જેવા સાધનથી યોગ્ય દિશામાં ધ્રુવીભૂત કરેલા પ્રકાશકિરણને જ્યારે આવા સ્ફટિકમાંથી પસાર કરવામાં આવે છે ત્યારે તેમાંથી પસાર થતા કિરણની ધ્રુવીભવન સ્થિતિ (polarization state) સામાન્ય સંયોગોમાં બદલાતી નથી અને આ કિરણ, પ્રથમ ધ્રુવકના અક્ષથી લંબ દિશામાં અક્ષ ધરાવતા બીજા ધ્રુવક(crossed polarizer)માંથી પસાર થઈ શકશે નહિ; પરંતુ જો આ સ્ફટિકને વિદ્યુતક્ષેત્રમાં રખાય તો તે અસમરૂપ પ્રકારનો બનતાં તેમાંથી પસાર થતા કિરણની ધ્રુવીભવન સ્થિતિ બદલાશે અને સામાન્ય રીતે હવે આ કિરણ દીર્ઘ વર્તુળાકાર અથવા લંબ વર્તુળાકાર ધ્રુવીભવન (elliptical polarization) દર્શાવશે. આ કિરણ હવે અંશત: બીજા ધ્રુવકમાંથી પસાર થઈ શકશે અને તેનો કેટલો અંશ પસાર થાય છે તે વિદ્યુતક્ષેત્રની તીવ્રતા પર આધાર રાખશે. આ રીતે પ્રકાશના વહનનું પ્રમાણ વિદ્યુતક્ષેત્રની તીવ્રતા દ્વારા નિયંત્રિત થઈ શકે છે. આ પ્રકારની અસર દર્શાવતા સ્ફટિકોમાં Lithium Niobiate (LiNbO3) ઘણો જાણીતો છે. આ ઉપરાંત KDP (KH2PO4) અને ADP (NH4H2PO4) જેવા બીજા સ્ફટિકો પણ આ પ્રકારની નોંધપાત્ર અસર દર્શાવે છે અને વિદ્યુત-પ્રકાશીય ઉપકરણોમાં મોટા પ્રમાણમાં વપરાય છે. સંકલિત પ્રકાશિકી (Integrated optics) નામે ઓળખાતી પ્રણાલીમાં આ પ્રકારનાં ઉપકરણો નાના કદમાં બનાવીને તેમનો પ્રકાશી રેસા દ્વારા સંદેશાવ્યવહાર ક્ષેત્રે ઉપયોગ હવે વધુ ને વધુ પ્રમાણમાં થઈ રહ્યો છે. આ ઉપરાંત આ પ્રકારની અસરનો ઉપયોગ કરીને વિદ્યુતક્ષેત્ર દ્વારા નિયંત્રિત ધ્રુવકો (polarizing devices) પણ સર્જાય છે, જે આ પ્રકારનાં ક્ષેત્રોમાં ઘણાં ઉપયોગી નીવડ્યાં છે.

એક અન્ય ઉપયોગી વિદ્યુત-પ્રકાશીય અસર દ્વારા પ્રબળ લેસર કિરણને યોગ્ય સ્ફટિકમાંથી પસાર કરતાં, મૂળ તરંગલંબાઈનાં કિરણો ઉપરાંત તેનાથી અર્ધી તરંગલંબાઈ ધરાવતા કિરણનું ઉત્સર્જન થાય છે, જેને સંવાદી પેદાશ (જનન) (harmonic generation) કહેવાય. આમ, ND : YAG સ્ફટિક દ્વારા ઇન્ફ્રારેડ વિસ્તારમાં 1.1 માઇક્રૉન(મિલિમીટરનો હજારમો ભાગ)ના લેસર તરંગની ઊર્જાને અંશત: પ્રકાશી વિસ્તારના 0.55 માઇક્રૉન તરંગના લેસર કિરણમાં પરિવર્તિત કરી શકાય છે. આવા પ્રબળ પ્રકાશી લેસર કિરણનો ઉપયોગ વાતાવરણના ઉપલા સ્તરોના અભ્યાસ માટે કરાય છે અને આ પ્રકારનું એક સાધન અમદાવાદની ભૌતિક અનુસંધાન પ્રયોગશાળા (PRL) ખાતે પણ કાર્યાન્વિત છે.

જ્યોતીન્દ્ર ન. દેસાઈ