लेज़र से हीरे की नक्काशी: प्रकाश से सबसे कठोर पदार्थ पर विजय

डायमंडप्रकृति का सबसे कठोर पदार्थ हीरा है, लेकिन यह सिर्फ़ आभूषणों तक सीमित नहीं है। इस पदार्थ की तापीय चालकता ताँबे से पाँच गुना ज़्यादा होती है, यह अत्यधिक गर्मी और विकिरण को झेल सकता है, प्रकाश संचारित कर सकता है, ऊष्मारोधी बना सकता है, और इसे अर्धचालक में भी बदला जा सकता है। हालाँकि, यही "महाशक्तियाँ" हीरे को प्रसंस्करण के लिए "सबसे कठिन" पदार्थ बनाती हैं - पारंपरिक उपकरण या तो इसे काट नहीं सकते या दरारें छोड़ सकते हैं। लेज़र तकनीक के आगमन के बाद ही मनुष्य को इस "पदार्थों के राजा" पर विजय पाने की कुंजी मिली।

लेजर हीरे को क्यों काट सकता है?

कल्पना कीजिए कि कागज़ को जलाने के लिए सूर्य के प्रकाश को आवर्धक कांच से केंद्रित किया जाए। हीरे के लेज़र प्रसंस्करण का सिद्धांत भी ऐसा ही है, लेकिन ज़्यादा सटीक है। जब एक उच्च-ऊर्जा लेज़र किरण हीरे को विकिरणित करती है, तो एक सूक्ष्म "कार्बन परमाणु कायापलट" होता है:

1. हीरा ग्रेफाइट में बदल जाता है: लेजर ऊर्जा हीरे की सतह की संरचना (sp³) को नरम ग्रेफाइट (sp²) में बदल देती है, ठीक उसी तरह जैसे हीरा तुरंत पेंसिल की लीड में "अपघटित" हो जाता है।

2. ग्रेफाइट "वाष्पित" होता है: ग्रेफाइट की परत उच्च तापमान पर उर्ध्वपातित हो जाती है या ऑक्सीजन द्वारा उत्कीर्णित हो जाती है, जिससे सटीक प्रसंस्करण चिह्न बनते हैं। 3. प्रमुख सफलता: दोष सिद्धांत रूप में, पूर्ण हीरे का प्रसंस्करण केवल पराबैंगनी लेज़र (तरंगदैर्ध्य <229 नैनोमीटर) द्वारा ही किया जा सकता है, लेकिन वास्तव में, कृत्रिम हीरों में हमेशा सूक्ष्म दोष (जैसे अशुद्धियाँ और कण सीमाएँ) होते हैं। ये दोष "छिद्रों" की तरह होते हैं जो साधारण हरे प्रकाश (532 नैनोमीटर) या अवरक्त लेज़र (1064 नैनोमीटर) को अवशोषित होने देते हैं। वैज्ञानिक दोष वितरण को नियंत्रित करके लेज़र को हीरे पर एक विशिष्ट पैटर्न उकेरने का "आदेश" भी दे सकते हैं।

लेज़र प्रकार: "भट्ठी" से "बर्फ चाकू" तक का विकास

लेज़र प्रसंस्करण, कंप्यूटर संख्यात्मक नियंत्रण प्रणाली, उन्नत ऑप्टिकल प्रणालियों और उच्च-परिशुद्धता एवं स्वचालित वर्कपीस पोजिशनिंग को मिलाकर एक अनुसंधान एवं उत्पादन प्रसंस्करण केंद्र बनाता है। हीरे के प्रसंस्करण में लागू होने पर, यह कुशल और उच्च-परिशुद्धता प्रसंस्करण प्राप्त कर सकता है।

1. माइक्रोसेकंड लेज़र प्रोसेसिंग: माइक्रोसेकंड लेज़र पल्स की चौड़ाई व्यापक होती है और आमतौर पर रफ प्रोसेसिंग के लिए उपयुक्त होती है। मोड लॉकिंग तकनीक के आगमन से पहले, लेज़र पल्स ज़्यादातर माइक्रोसेकंड और नैनोसेकंड रेंज में होते थे। वर्तमान में, माइक्रोसेकंड लेज़र के साथ प्रत्यक्ष हीरा प्रसंस्करण पर कुछ रिपोर्टें हैं, और उनमें से अधिकांश बैक-एंड प्रोसेसिंग अनुप्रयोग क्षेत्र पर केंद्रित हैं।

2. नैनोसेकंड लेज़र प्रसंस्करण: नैनोसेकंड लेज़र वर्तमान में एक बड़े बाजार हिस्से पर कब्जा कर रहे हैं और इनमें अच्छी स्थिरता, कम लागत और कम प्रसंस्करण समय के फायदे हैं। इनका व्यापक रूप से उद्यम उत्पादन में उपयोग किया जाता है। हालाँकि, नैनोसेकंड लेज़र पृथक्करण प्रक्रिया नमूने के लिए तापीय रूप से विनाशकारी है, और इसका व्यापक प्रभाव यह है कि प्रसंस्करण के दौरान एक बड़ा ताप-प्रभावित क्षेत्र बनता है।

3. पिकोसेकंड लेज़र प्रोसेसिंग: पिकोसेकंड लेज़र प्रोसेसिंग, नैनोसेकंड लेज़र थर्मल इक्विलिब्रियम एब्लेशन और फेमटोसेकंड लेज़र कोल्ड प्रोसेसिंग के बीच की प्रक्रिया है। पल्स अवधि काफी कम हो जाती है, जिससे ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र से होने वाले नुकसान में काफी कमी आती है।

4. फेमटोसेकंड लेजर प्रसंस्करण: अल्ट्राफास्ट लेजर तकनीक हीरे के महीन प्रसंस्करण के लिए अवसर लाती है, लेकिन फेमटोसेकंड लेजर की उच्च लागत और रखरखाव लागत प्रसंस्करण विधियों के प्रचार को सीमित करती है। वर्तमान में, अधिकांश संबंधित शोध प्रयोगशाला चरण में हैं।

निष्कर्ष

लेजर तकनीक ने "काटने में असमर्थ" से लेकर "इच्छानुसार तराशने" तक,डायमंड अब प्रयोगशाला में बंद कोई "फूलदान" नहीं। तकनीक के निरंतर विकास के साथ, भविष्य में हम देख सकते हैं: मोबाइल फ़ोनों में गर्मी को नष्ट करने वाले हीरे के चिप्स, जानकारी संग्रहीत करने के लिए हीरे का उपयोग करने वाले क्वांटम कंप्यूटर, और यहाँ तक कि मानव शरीर में प्रत्यारोपित हीरे के बायोसेंसर भी... प्रकाश और हीरों का यह नृत्य हमारे जीवन को बदल रहा है।