अध्याय 04: प्रकाश एवं विद्युतचुम्बकीय विकिरण — प्रकाशिकी, लेज़र, स्पेक्ट्रम

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सार

इस अध्याय में आप क्या सीखेंगे?

प्रकाश की द्वैत प्रकृति एवं विद्युतचुम्बकीय स्पेक्ट्रम: तरंग बनाम कण (फोटॉन ऊर्जा $E = h\nu = hc/\lambda$), अनुप्रस्थ विद्युतचुम्बकीय तरंगें और गामा किरणों से रेडियो तरंगों तक 7 स्पेक्ट्रम बैंड के अनुप्रयोग।
ज्यामितीय प्रकाशिकी (दर्पण, लेंस एवं अपवर्तन): समतल, अवतल व उत्तल दर्पण/लेंस के अनुप्रयोग, वायुमंडलीय अपवर्तन (तारों का टिमटिमाना, अग्रिम सूर्योदय) और माध्यम बदलने पर आवृत्ति का अपरिवर्तित रहना।
पूर्ण आंतरिक परावर्तन (TIR), वर्ण-विक्षेपण एवं प्रकीर्णन: हीरे की चमक, मरीचिका, ऑप्टिकल फाइबर, एंडोस्कोपी, इंद्रधनुष का निर्माण, रैले व मी प्रकीर्णन तथा रमन प्रभाव।
तरंग प्रकाशिकी एवं मानव नेत्र: व्यतिकरण (Interference), विवर्तन (Diffraction), ध्रुवण (Polarization — 3D चश्मे व पोलरॉइड) और मानव नेत्र के दृष्टि दोष (मायोपिया, हाइपरमेट्रोपिया, प्रेसबायोपिया, एस्टिग्मैटिज्म)।
लेज़र (LASER) एवं आधुनिक प्रकाशीय तकनीकें: उद्दीपित उत्सर्जन (Stimulated Emission), कला-संबद्धता, LiFi (दृश्य प्रकाश संचार) और सोडियम लैंप बनाम LED लैंप।
भारत-केंद्रित एवं समसामयिक उपलब्धियाँ (2025–2026): DRDO का 30 kW 'Mk-II(A) लेज़र निर्देशित ऊर्जा हथियार (DEW)', लद्दाख (हनले) में एशिया की सबसे बड़ी 'MACE' चेरेनकोव गामा-किरण दूरबीन, RRCAT इंदौर और भारतनेट ऑप्टिकल फाइबर।

खंड 01

विषय का आधार: प्रकाश और विद्युतचुम्बकीय विकिरण क्या हैं, उनकी द्वैत प्रकृति कैसे कार्य करती है और स्पेक्ट्रम का क्रम क्या है?

1.1 प्रकाश की प्रकृति: तरंग-कण द्वैतता (Wave-Particle Duality of Light)

मानव इतिहास में प्रकाश के स्वरूप को समझने के लिए दो प्रमुख वैज्ञानिक धाराएँ विकसित हुईं—न्यूटन का 'कणिका सिद्धांत' (Corpuscular Theory) और हाइगेंस तथा मैक्सवेल का 'तरंग सिद्धांत' (Wave Theory)। 20वीं सदी में मैक्स प्लांक और अल्बर्ट आइंस्टीन (1905 में प्रकाश-विद्युत प्रभाव / Photoelectric Effect की व्याख्या, 1921 नोबेल पुरस्कार) ने सिद्ध किया कि प्रकाश में 'तरंग' और 'कण' दोनों की द्वैत प्रकृति (Dual Nature) होती है:

तरंग प्रकृति (Wave Nature): जब प्रकाश गमन करता है, तो वह परस्पर लंबवत दोलन करते विद्युत क्षेत्र ($\vec{E}$) और चुंबकीय क्षेत्र ($\vec{B}$) से बनी अनुप्रस्थ विद्युतचुम्बकीय तरंग (Transverse Electromagnetic Wave) के रूप में व्यवहार करता है। इसकी पुष्टि व्यतिकरण (Interference), विवर्तन (Diffraction) और ध्रुवण (Polarization) जैसी परिघटनाओं से होती है। इसे गमन करने के लिए किसी भौतिक माध्यम की आवश्यकता नहीं होती।
कण प्रकृति (Particle Nature — फोटॉन / Photon): जब प्रकाश किसी पदार्थ के साथ अन्योन्यक्रिया (उत्सर्जन या अवशोषण) करता है, तो वह ऊर्जा के असतत बंडलों या क्वांटा—जिन्हें 'फोटॉन' (Photons) कहते हैं—के रूप में व्यवहार करता है। फोटॉन का विराम द्रव्यमान (Rest mass) और विद्युत आवेश शून्य होता है, और प्रत्येक फोटॉन की ऊर्जा आवृत्ति ($\nu$) के समानुपाती तथा तरंगदैर्ध्य ($\lambda$) के व्युत्क्रमानुपाती होती है:
$$E = h\nu = \frac{hc}{\lambda} \quad \text{तथा} \quad c = \nu \cdot \lambda$$
जहाँ $h = 6.626 \times 10^{-34}\text{ J}\cdot\text{s}$ प्लांक स्थिरांक है और $c \approx 3 \times 10^8\text{ m/s}$ निर्वात में प्रकाश की चाल है। इसकी पुष्टि प्रकाश-विद्युत प्रभाव (सौर सेल का आधार), कॉम्पटन प्रभाव और रमन प्रभाव से होती है।

माध्यम बदलने पर प्रकाश के वेग, तरंगदैर्ध्य और आवृत्ति पर प्रभाव (High-Yield Prelims Rule)

जब प्रकाश एक माध्यम (जैसे वायु) से दूसरे सघन माध्यम (जैसे काँच या जल, अपवर्तनांक $n = c/v$) में प्रवेश करता है, तो उसकी चाल ($v = c/n$) और तरंगदैर्ध्य ($\lambda' = \lambda/n$) दोनों घट जाती हैं, किंतु प्रकाश की आवृत्ति ($\nu$) और ऊर्जा ($E = h\nu$) बिल्कुल अपरिवर्तित रहती हैं क्योंकि आवृत्ति केवल प्रकाश के स्रोत पर निर्भर करती है। विभिन्न माध्यमों में प्रकाश की चाल का अवरोही क्रम है: निर्वात ($3 \times 10^8\text{ m/s}$) > वायु > जल ($2.25 \times 10^8\text{ m/s}$, $n=1.33$) > काँच ($2 \times 10^8\text{ m/s}$, $n=1.5$) > हीरा ($1.24 \times 10^8\text{ m/s}$, $n=2.42$)।

1.2 संपूर्ण विद्युतचुम्बकीय स्पेक्ट्रम (Electromagnetic Spectrum): गामा किरणों से रेडियो तरंगों तक

निर्वात में सभी विद्युतचुम्बकीय तरंगें (गामा किरणें, एक्स-किरणें, पराबैंगनी, दृश्य प्रकाश, अवरक्त, सूक्ष्म तरंगें और रेडियो तरंगें) एक समान चाल ($c = 299,792,458\text{ m/s}$) से चलती हैं, किंतु उनकी तरंगदैर्ध्य ($\lambda$), आवृत्ति ($\nu$) और फोटॉन ऊर्जा ($E$) में विशाल अंतर होता है:

बढ़ती तरंगदैर्ध्य ($\lambda\uparrow$) एवं घटती आवृत्ति/ऊर्जा ($\nu\downarrow, E\downarrow$) का सटीक क्रम:
गामा किरणें ($\gamma$) < एक्स-किरणें (X-Rays) < पराबैंगनी (UV) < दृश्य प्रकाश (VIBGYOR: 380–750 nm) < अवरक्त (IR) < सूक्ष्म तरंगें (Microwaves) < रेडियो तरंगें (Radio Waves)

सारणी 1.1: विद्युतचुम्बकीय स्पेक्ट्रम के 7 भाग, तरंगदैर्ध्य परास, खोजकर्ता और परीक्षा-उपयोगी अनुप्रयोग
विकिरण प्रकार	तरंगदैर्ध्य परास ($\lambda$)	प्रकृति एवं उत्पत्ति स्रोत	प्रमुख वैज्ञानिक, चिकित्सीय एवं सामरिक अनुप्रयोग
1. गामा किरणें (Gamma Rays, $\gamma$)	$< 0.01\text{ nm}$ ($<10^{-11}\text{ m}$)	सर्वाधिक आवृत्ति, सर्वाधिक फोटॉन ऊर्जा और सर्वाधिक भेदन क्षमता (Penetrating power)। परमाणु नाभिक के रेडियोधर्मी क्षय व ब्रह्मांडीय विस्फोटों ( पल्सर/ब्लेज़र) से उत्सर्जित।	• कैंसर ट्यूमर की रेडियोथेरेपी ($\text{Co-60}$, साइबरनाइफ)। • खाद्य पदार्थों व चिकित्सीय उपकरणों का शीत-रोगाणुनाशन (Cold Sterilization / Irradiation)। • लद्दाख के हनले में स्थापित MACE दूरबीन द्वारा ब्रह्मांडीय गामा किरणों का अध्ययन।
2. एक्स-किरणें (X-Rays — रॉन्टजन, 1895)	$0.01\text{ nm}$ से $10\text{ nm}$	आयनकारी विकिरण (Ionizing radiation); उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों के भारी धातु लक्ष्य (टंगस्टन) से टकराने पर उत्पन्न।	• हड्डियों के फ्रैक्चर की रेडियोग्राफी और सीटी स्कैन (CT Scan — Computed Tomography)। • क्रिस्टल संरचना अध्ययन (X-ray Crystallography), हवाई अड्डों पर बैगेज स्कैनिंग, और ISRO के XPoSat (2024) व AstroSat मिशन।
3. पराबैंगनी विकिरण (Ultraviolet — UV, रिटर)	$10\text{ nm}$ से $380\text{ nm}$	UV-A ($315\text{–}400\text{ nm}$), UV-B ($280\text{–}315\text{ nm}$) और UV-C ($100\text{–}280\text{ nm}$, सर्वाधिक घातक, समतापमंडलीय ओज़ोन द्वारा पूर्णतः अवशोषित)।	• RO/UV जल शोधक में सूक्ष्मजीवों के DNA को नष्ट कर रोगाणुनाशन। • नकली करेंसी नोटों व फोरेंसिक साक्ष्यों की पहचान, त्वचा में विटामिन-D संश्लेषण, और आदित्य-L1 के SUIT पेलोड द्वारा सौर वर्णमंडल का चित्रण।
4. दृश्य प्रकाश (Visible Light — न्यूटन)	$380\text{ nm}$ से $750\text{ nm}$	मानव नेत्र द्वारा संवेदी एकमात्र भाग। बैंगनी ($\approx 380\text{–}450\text{ nm}$, सर्वाधिक ऊर्जा) से लाल ($\approx 620\text{–}750\text{ nm}$, सर्वाधिक तरंगदैर्ध्य) तक।	• प्रकाश-संश्लेषण (मुख्यतः नीला व लाल प्रकाश), मानव दृष्टि, फोटोग्राफी, सूक्ष्मदर्शी, ऑप्टिकल फाइबर और LiFi (Visible Light Communication — UPSC 2016)।
5. अवरक्त विकिरण (Infrared — IR, हर्शेल)	$750\text{ nm}$ से $1\text{ mm}$	ऊष्मीय विकिरण (Heat Waves); प्रत्येक गर्म वस्तु अणुओं के कंपन से अवरक्त विकिरण उत्सर्जित करती है। हरितगृह प्रभाव (Greenhouse effect) के लिए मुख्यतः उत्तरदायी।	• टीवी/AC के रिमोट कंट्रोल (Near-IR LED)। • रात्रि दृष्टि उपकरण (Night Vision Thermal Imaging Cameras), कोहरे में फोटोग्राफी, मांसपेशियों की फिजियोथेरेपी, पल्स ऑक्सीमीटर और जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST)।
6. सूक्ष्म तरंगें (Microwaves — हर्ट्ज़/बोस)	$1\text{ mm}$ से $0.1\text{ m}$ ($300\text{ GHz}\text{–}3\text{ GHz}$)	लघु-तरंग रेडियो तरंगें; मैग्नेट्रॉन वाल्व द्वारा उत्पन्न। बादलों, धुएँ और हल्की वर्षा को पार कर सकती हैं।	• माइक्रोवेव ओवन ($\approx 2.45\text{ GHz}$ आवृत्ति जो खाद्य पदार्थों के जल के ध्रुवीय अणुओं में अनुनाद कंपन उत्पन्न कर अंदर से गर्म करती है)। • RADAR, उपग्रह संचार, Wi-Fi, ब्लूटूथ, 5G और SAR (सिंथेटिक अपर्चर रडार — NISAR उपग्रह)।
7. रेडियो तरंगें (Radio Waves — मार्कोनी)	$> 0.1\text{ m}$ (मीटर से किलोमीटर तक)	सबसे लंबी तरंगदैर्ध्य, सबसे कम आवृत्ति और न्यूनतम फोटॉन ऊर्जा। त्वरित आवेशों व दोलित्र परिपथों से उत्पन्न।	• AM/FM रेडियो और टेलीविजन प्रसारण, सेलुलर संचार, MRI (Magnetic Resonance Imaging) और पुणे स्थित भारत के GMRT (Giant Metrewave Radio Telescope) द्वारा पल्सर व उदासीन हाइड्रोजन ($21\text{ cm}$ लाइन) का प्रेक्षण।

खंड 02

परीक्षा-स्तरीय पूर्ण विस्तार: दर्पण व लेंस, अपवर्तन, पूर्ण आंतरिक परावर्तन (TIR), प्रकीर्णन, दृष्टि दोष और लेज़र

2.1 परावर्तन (Reflection): समतल, अवतल और उत्तल दर्पण के परीक्षा अनुप्रयोग

समतल दर्पण (Plane Mirror): प्रतिबिंब सदैव आभासी (Virtual), सीधा, वस्तु के बराबर आकार का और दर्पण के पीछे उतनी ही दूरी पर बनता है, किंतु पार्श्वतः उल्टा (Laterally Inverted) होता है (इसीलिए एम्बुलेंस पर AMBULANCE उल्टा लिखा जाता है)।
दो संख्यात्मक सूत्र: (1) किसी व्यक्ति को अपना पूर्ण प्रतिबिंब देखने के लिए समतल दर्पण की न्यूनतम ऊँचाई व्यक्ति की ऊँचाई की आधी ($H/2$) होनी चाहिए; (2) यदि दो समतल दर्पण $\theta$ कोण पर झुके हों, तो बनने वाले प्रतिबिंबों की संख्या $N = \frac{360^\circ}{\theta} - 1$ होती है (समानांतर दर्पणों $\theta = 0^\circ$ के बीच अनंत प्रतिबिंब बनते हैं; पेरिस्कोप में दो समतल दर्पण $45^\circ$ कोण पर और कैलिडोस्कोप में तीन दर्पण $60^\circ$ कोण पर लगे होते हैं)।
अवतल दर्पण (Concave Mirror — अभिसारी/Converging Mirror): यह समानांतर प्रकाश किरणों को एक बिंदु (फोकस) पर केंद्रित करता है और वस्तु को फोकस के भीतर रखने पर बड़ा व सीधा प्रतिबिंब बनाता है।
उपयोग: (1) दंत चिकित्सक (Dentist) और ENT डॉक्टर द्वारा दाँत/कान-गले का बड़ा प्रतिबिंब देखने में; (2) शेविंग और मेकअप दर्पण; (3) वाहनों की हेडलाइट, सर्चलाइट और टॉर्च के परावर्तक (Reflector) के रूप में; (4) सौर कुकर (Solar Cooker) और डिश एंटीना में।
उत्तल दर्पण (Convex Mirror — अपसारी/Diverging Mirror): यह वस्तु की प्रत्येक स्थिति के लिए सदैव आभासी, सीधा और वस्तु से छोटा प्रतिबिंब बनाता है, जिसके कारण इसका दृष्टि-क्षेत्र (Field of View) बहुत विस्तृत होता है।
उपयोग: (1) वाहनों में पीछे का ट्रैफिक देखने वाले साइड-व्यू / रियर-व्यू दर्पण (Rear-view Mirror); (2) तीखे पहाड़ी मोड़ों (Blind turns) और एटीएम (ATM) मशीनों में सुरक्षा दर्पण तथा सोडियम परावर्तक स्ट्रीट लैंप में।

2.2 अपवर्तन (Refraction) और वायुमंडलीय अपवर्तन की परिघटनाएँ

जब प्रकाश विरल माध्यम से सघन माध्यम में जाता है, तो अभिलंब की ओर झुक जाता है और सघन से विरल में जाने पर अभिलंब से दूर हटता है (स्नेल का नियम: $\frac{\sin i}{\sin r} = n_{21}$)। दैनिक जीवन और खगोल में इसके चार प्रमुख प्रभाव हैं:

आभासी गहराई का कम दिखना: पानी से भरी बाल्टी का तल या स्विमिंग पूल वास्तविक गहराई से ऊपर उठा हुआ ($\text{Apparent depth} = \text{Real depth}/n$) दिखाई देना, पानी में डूबी पेंसिल का मुड़ा दिखना, और पानी के भीतर मछली का वास्तविक स्थिति से ऊपर दिखना।
तारों का टिमटिमाना (Twinkling of Stars — UPSC Prelims 2013): तारे पृथ्वी से बहुत दूर होने के कारण 'बिंदु-स्रोत' (Point sources) की तरह कार्य करते हैं। वायुमंडल की विभिन्न घनत्व व तापमान वाली गतिशील परतों से गुजरते समय तारे के प्रकाश का निरंतर अपवर्तन होता रहता है, जिससे आँख में पहुँचने वाले प्रकाश की तीव्रता और आभासी स्थिति बदलती रहती है। (ग्रह नहीं टिमटिमाते क्योंकि वे पृथ्वी के निकट होने से अनेक बिंदु-स्रोतों के समूह अर्थात् 'विस्तृत स्रोत' के रूप में दिखते हैं जिससे औसत तीव्रता स्थिर रहती है)।
अग्रिम सूर्योदय और विलंबित सूर्यास्त (2+2 = 4 मिनट अतिरिक्त दिन): वायुमंडलीय अपवर्तन के कारण सूर्य वास्तव में क्षितिज से ऊपर आने के 2 मिनट पहले ही दिखाई देने लगता है और वास्तविक सूर्यास्त के 2 मिनट बाद तक दिखाई देता रहता है।
क्षितिज पर सूर्य का चपटा (अंडाकार) दिखना: सूर्योदय और सूर्यास्त के समय सूर्य की निचली कोर का ऊपरी कोर की अपेक्षा अधिक वायुमंडलीय अपवर्तन होने से सूर्य चपटा दिखता है (जबकि गोधूलि बेला में सूर्य या चंद्रमा का बड़ा दिखना अपवर्तन नहीं, बल्कि मस्तिष्क का मनोवैज्ञानिक दृष्टि भ्रम / Ponzo optical illusion है—UPSC Prelims 2013)।

2.3 पूर्ण आंतरिक परावर्तन (Total Internal Reflection — TIR) और ऑप्टिकल फाइबर

जब प्रकाश की किरण किसी प्रकाशतः सघन माध्यम से विरल माध्यम में प्रवेश करती है और आपतन कोण का मान क्रांतिक कोण (Critical Angle, $\sin\theta_c = 1/n$) से अधिक हो जाता है, तो प्रकाश अपवर्तित होने के बजाय 100% वापस उसी सघन माध्यम में परावर्तित हो जाता है। इसे पूर्ण आंतरिक परावर्तन (TIR) कहते हैं।

TIR की दो अनिवार्य शर्तें (UPSC Prelims Statement Trap)

शर्त 1: प्रकाश सदैव सघन माध्यम से विरल माध्यम (जैसे काँच से वायु, या जल से वायु) की ओर जाना चाहिए (विरल से सघन में कभी TIR नहीं हो सकता)।
शर्त 2: सघन माध्यम में आपतन कोण का मान क्रांतिक कोण ($\theta_c$) से बड़ा होना चाहिए ($\theta_i > \theta_c$)।

TIR के 4 प्रमुख अनुप्रयोग:
1. हीरे की असाधारण चमक (Brilliance of Diamond): हीरे का अपवर्तनांक अत्यधिक ($n = 2.42$) होने के कारण उसका क्रांतिक कोण बहुत छोटा ($\approx 24.4^\circ$) होता है। तराशे गए हीरे के भीतर एक बार प्रवेश करने वाला प्रकाश बार-बार पूर्ण आंतरिक परावर्तन करता है और केवल कुछ फलकों से बाहर निकलता है।
2. मरीचिका (Mirage): गर्म रेगिस्तान या तपती डामर सड़क पर नीचे की वायु गर्म (विरल) और ऊपर की वायु ठंडी (सघन) होती है। पेड़ या आकाश से नीचे आती प्रकाश किरण सघन से विरल परतों में आते हुए पूर्ण आंतरिक परावर्तित होकर प्रेक्षक की आँख में पहुँचती है, जिससे सड़क पर पानी होने का भ्रम होता है। (ठंडे ध्रुवीय समुद्रों में ऊपर की ओर जहाज लटका दिखने को 'उर्ध्व मरीचिका / Looming' कहते हैं)।
3. प्रकाशिक तंतु (Optical Fibre): सिलिका काँच या क्वार्ट्ज के अत्यंत पतले तंतु में भीतर का भाग कोर (Core — उच्च अपवर्तनांक $n_1 \approx 1.52$) और बाहरी आवरण क्लैडिंग (Cladding — निम्न अपवर्तनांक $n_2 \approx 1.48$) होता है। कोर में प्रवेश करने वाला लेज़र/LED प्रकाश संकेत टेढ़े-मेढ़े तंतु में बिना किसी ऊर्जा क्षय के बार-बार पूर्ण आंतरिक परावर्तन करता हुआ हजारों किलोमीटर दूर डेटा पहुँचाता है।
4. एंडोस्कोपी (Endoscopy): आमाशय, आंत और आंतरिक अंगों के बिना सर्जरी परीक्षण हेतु प्रयुक्त चिकित्सीय एंडोस्कोप ऑप्टिकल फाइबर बंडल (TIR) पर ही कार्य करता है।

2.4 वर्ण-विक्षेपण (Dispersion), इंद्रधनुष और प्रकाश का प्रकीर्णन (Scattering)

🌈 वर्ण-विक्षेपण एवं इंद्रधनुष (UPSC 2013)

श्वेत प्रकाश का प्रिज्म या वर्षा की बूँद से गुजरने पर अपने सात अवयवी रंगों (VIBGYOR) में विभक्त होना वर्ण-विक्षेपण है।

कारण: काँच या जल में विभिन्न रंगों के प्रकाश की चाल भिन्न होती है। लाल रंग की तरंगदैर्ध्य सर्वाधिक होने से उसकी चाल सर्वाधिक और अपवर्तनांक न्यूनतम होता है, इसलिए लाल रंग सबसे कम मुड़ता है (Minimum deviation); जबकि बैंगनी रंग सबसे अधिक मुड़ता है (Maximum deviation)।
इंद्रधनुष निर्माण में 3 परिघटनाएँ (UPSC Prelims 2013): (1) अपवर्तन (Refraction), (2) वर्ण-विक्षेपण (Dispersion) और (3) आंतरिक/पूर्ण आंतरिक परावर्तन (Internal Reflection)। इंद्रधनुष सदैव सूर्य की विपरीत दिशा में बनता है। प्राथमिक इंद्रधनुष में बाहर लाल और अंदर बैंगनी रंग होता है (दो बार अपवर्तन + एक बार आंतरिक परावर्तन)।

☀️ प्रकाश का प्रकीर्णन (Scattering of Light)

वायुमंडल के सूक्ष्म धूल कणों और गैस अणुओं द्वारा प्रकाश को सभी दिशाओं में फैलाना। रैले के प्रकीर्णन नियम (Rayleigh Scattering Law) के अनुसार, यदि कण का आकार प्रकाश की तरंगदैर्ध्य से छोटा हो, तो प्रकीर्णन की तीव्रता $I \propto \frac{1}{\lambda^4}$ होती है:

आकाश और समुद्र का नीला दिखना: नीले/बैंगनी प्रकाश की तरंगदैर्ध्य ($\lambda$) लाल से कम होने के कारण उसका प्रकीर्णन लगभग $10\text{–}16$ गुना अधिक होता है।
सूर्योदय/सूर्यास्त पर सूर्य का लाल दिखना एवं खतरे के सिग्नल लाल होना: लाल रंग की तरंगदैर्ध्य सर्वाधिक होने से उसका प्रकीर्णन न्यूनतम होता है, इसलिए वह कोहरे और धुएँ को पार कर सबसे दूर से दिखाई देता है।
बादलों का सफेद दिखना (Mie Scattering): बादलों की जल-बूँदों का आकार प्रकाश की तरंगदैर्ध्य से बड़ा होता है, इसलिए वे सभी रंगों को समान रूप से प्रकीर्णित करती हैं।
अंतरिक्ष यात्रियों को आकाश काला दिखना: वायुमंडल के अभाव में प्रकीर्णन न होना।

2.5 तरंग प्रकाशिकी (व्यतिकरण, विवर्तन, ध्रुवण) और मानव नेत्र के दृष्टि दोष

व्यतिकरण (Interference): समान आवृत्ति की दो प्रकाश तरंगों के अध्यारोपण से कहीं अधिकतम तीव्रता (संपोषी) और कहीं अंधकार (विनाशी व्यतिकरण) बनना। उदाहरण: पानी की सतह पर फैली मिट्टी के तेल की पतली परत और साबुन के बुलबुले का सूर्य के प्रकाश में रंगीन चमकना; होलोग्राफी (3D चित्रण) और LIGO लेज़र इंटरफेरोमीटर।
विवर्तन (Diffraction): किसी तीक्ष्ण अवरोध के किनारों से प्रकाश का मुड़कर ज्यामितीय छाया में प्रवेश करना—जैसे CD/DVD की सतह पर इंद्रधनुषी रंग दिखना।
ध्रुवण (Polarization — केवल अनुप्रस्थ तरंगों का गुण): सामान्य अ-ध्रुवित प्रकाश के विद्युत क्षेत्र सदिशों को केवल एक ही तल में सीमित कर देना। (ध्वनि तरंगें अनुदैर्ध्य होने के कारण कभी ध्रुवित नहीं हो सकतीं—केवल प्रकाश/विद्युतचुम्बकीय तरंगें ही ध्रुवित होती हैं)। उपयोग: धूप के पोलरॉइड चश्मे (Polaroid Sunglasses) और कारों की विंडशील्ड जो सड़क या पानी से आने वाली चकाचौंध (Glare) को रोकती हैं, 3D सिनेमा के चश्मे, और LCD (Liquid Crystal Display) स्क्रीन।

सारणी 2.1: मानव नेत्र (स्पष्ट दृष्टि की न्यूनतम दूरी = 25 cm) के प्रमुख दृष्टि दोष और निवारक लेंस
दृष्टि दोष (Defect of Vision)	लक्षण एवं भौतिक कारण	प्रतिबिंब कहाँ बनता है?	निवारण (Corrective Lens)
1. निकट-दृष्टि दोष (Myopia / Short-sightedness)	निकट की वस्तु साफ दिखती है, पर दूर की वस्तु धुँधली दिखती है। कारण: नेत्र गोलक का लंबा हो जाना या अभिनेत्र लेंस की वक्रता/क्षमता बढ़ जाना।	रेटिना (दृष्टिपटल) से पहले (आगे)।	उपयुक्त क्षमता का अवतल लेंस (Concave / Diverging Lens — ऋणात्मक क्षमता $-D$)।
2. दूर-दृष्टि दोष (Hypermetropia / Far-sightedness)	दूर की वस्तु साफ दिखती है, पर निकट (25 cm पर रखी) वस्तु धुँधली दिखती है। कारण: नेत्र गोलक का छोटा हो जाना या लेंस की फोकस दूरी बढ़ जाना।	रेटिना के पीछे।	उपयुक्त क्षमता का उत्तल लेंस (Convex / Converging Lens — धनात्मक क्षमता $+D$)।
3. जरा-दूरदृष्टिता (Presbyopia)	वृद्धावस्था में पक्ष्माभी पेशियों (Ciliary muscles) के कमजोर होने और लेंस का लचीलापन घटने से समंजन क्षमता (Accommodation) घट जाती है।	निकट व दूर दोनों देखने में कठिनाई।	द्विफोकसी लेंस (Bifocal Lens — ऊपरी भाग अवतल दूर देखने हेतु, निचला भाग उत्तल पढ़ने हेतु) या प्रोग्रेसिव लेंस।
4. अबिंदुकता (Astigmatism)	कॉर्निया (Cornea) की गोलाई में अनियमितता के कारण क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर रेखाओं का एक साथ स्पष्ट न दिखना।	रेटिना पर एक बिंदु के बजाय अलग-अलग फोकस रेखाएँ।	बेलनाकार लेंस (Cylindrical Lens)।

2.6 लेज़र (LASER), LiFi और आधुनिक प्रकाश स्रोत (सोडियम बनाम LED)

लेज़र (LASER — Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation): अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा 1917 में सैद्धांतिक रूप से प्रतिपादित 'उद्दीपित उत्सर्जन' (Stimulated Emission) और 'जनसंख्या प्रतिलोमन' (Population Inversion) के सिद्धांत पर 1960 में थियोडोर मैमन (Theodore Maiman) ने पहला रूबी लेज़र बनाया।

साधारण प्रकाश बनाम लेज़र प्रकाश की 4 अनूठी विशेषताएँ:
1. कला-संबद्धता (Coherence): लेज़र के सभी फोटॉन एक ही कला (In-phase — श्रृंग के साथ श्रृंग) में कंपन करते हैं, जबकि टॉर्च या बल्ब का प्रकाश अ-संबद्ध (Incoherent) होता है।
2. एकवर्णता (Monochromaticity): इसमें केवल एक ही अत्यंत विशुद्ध तरंगदैर्ध्य (रंग) होती है।
3. दिशात्मकता (High Directionality / Collimation): यह बिना फैले अत्यंत संकीर्ण समानांतर पुंज के रूप में लंबी दूरी तय करता है (जैसे पृथ्वी से चंद्रमा पर रखे अपोलो/चंद्रयान रेट्रो-रिफ्लेक्टर तक की दूरी मापने वाला Lunar Laser Ranging)।
4. उच्च तीव्रता (High Intensity): अत्यंत सूक्ष्म क्षेत्रफल में विशाल ऊर्जा केंद्रित करने की क्षमता (जिससे हीरे या स्टील की कटाई, LASIK नेत्र सर्जरी और निर्देशित ऊर्जा हथियार कार्य करते हैं)।
LiFi (Light Fidelity — दृश्य प्रकाश संचार, UPSC Prelims 2016): प्रो. हैराल्ड हास द्वारा 2011 में प्रदर्शित इस वायरलेस तकनीक में रेडियो तरंगों (Wi-Fi) के स्थान पर LED बल्बों के दृश्य प्रकाश ($380\text{–}780\text{ nm}$) को अत्यंत उच्च गति (इंसानी आँख से अदृश्य करोड़ों बार प्रति सेकंड ऑन-ऑफ मॉड्यूलेशन) पर झपकाकर डेटा भेजा जाता है।
Wi-Fi बनाम LiFi: LiFi की गति Wi-Fi से कई गुना अधिक ($10\text{–}100+\text{ Gbps}$) होती है और इसमें कोई विद्युतचुम्बकीय व्यतिकरण (EMI) नहीं होता (इसलिए यह विमान केबिन, अस्पताल के ICU और परमाणु संयंत्रों में सुरक्षित है); किंतु चूँकि प्रकाश अपारदर्शी दीवारों को पार नहीं कर सकता, इसलिए LiFi की परास केवल एक कमरे (Line-of-sight) तक सीमित होती है—जिससे डेटा हैकिंग से अधिक सुरक्षित भी रहता है।

खंड 03

भारत-केंद्रित आयाम: भारतीय फोटोनिक्स, लेज़र रक्षा प्रणालियाँ और अंतरिक्ष-प्रकाशीय वेधशालाएँ

सारणी 3.1: प्रकाशिकी, लेज़र और विद्युतचुम्बकीय स्पेक्ट्रम के क्षेत्र में भारत के प्रमुख संस्थान एवं मिशन
संस्थान / वेधशाला / मिशन	स्थान एवं नोडल एजेंसी	प्रकाशीय / स्पेक्ट्रम विशेषता एवं राष्ट्रीय महत्त्व
1. MACE (Major Atmospheric Cherenkov Experiment) वेधशाला	हनले (Hanle), लद्दाख ($4,300\text{ m}$ ऊँचाई); DAE / BARC व ECIL द्वारा स्वदेशी निर्मित	• अक्टूबर 2024 में उद्घाटित एशिया की सबसे बड़ी और विश्व की सर्वाधिक ऊँचाई पर स्थित इमेजिंग चेरेनकोव गामा-किरण दूरबीन ($21\text{ m}$ व्यास का परावर्तक)। • जब अंतरिक्ष से उच्च-ऊर्जा गामा किरणें वायुमंडल में प्रवेश करती हैं, तो वे आवेशित कणों की बौछार पैदा करती हैं जो वायु में प्रकाश की स्थानीय चाल ($c/n$) से तेज़ चलकर नीली चमक—'चेरेनकोव विकिरण' (Cherenkov Radiation)—उत्पन्न करती हैं, जिसे MACE का कैमरा पकड़ता है।
2. Mk-II(A) लेज़र-निर्देशित ऊर्जा हथियार (Laser-DEW / सहस्त्र शक्ति)	DRDO का CHESS (Centre for High Energy Systems and Sciences), हैदराबाद	• 30-किलोवाट (30 kW) स्पेक्ट्रल बीम कंबाइनिंग (SBC) फाइबर लेज़र हथियार (परास $\approx 5\text{ km}$)। • प्रकाश की चाल ($3 \times 10^8\text{ m/s}$) से शत्रु के ड्रोन झुंड (Swarm Drones), हेलीकॉप्टर, क्रूज़ मिसाइलों और सर्विलांस सेंसरों को कुछ ही सेकंड में जलाकर नष्ट करता है। भारत अमेरिका, रूस, चीन और इज़राइल के विशिष्ट क्लब में शामिल।
3. राजा रमन्ना प्रगत प्रौद्योगिकी केंद्र (RRCAT)	इंदौर (मध्य प्रदेश); परमाणु ऊर्जा विभाग (DAE)	• भारत में लेज़र (Lasers) और कण त्वरक (Particle Accelerators — Indus-1 एवं Indus-2 सिंक्रोट्रॉन विकिरण स्रोत) का सर्वोच्च राष्ट्रीय अनुसंधान केंद्र। नाभिकीय रिएक्टर रखरखाव, कैंसर निदान (OncoDiagnoScope) और औद्योगिक लेज़र कटिंग/वेल्डिंग में अग्रणी।
4. एस्ट्रोसैट (AstroSat) एवं XPoSat	ISRO	• AstroSat (2015): भारत की पहली बहु-तरंगदैर्ध्य (Multi-wavelength) अंतरिक्ष वेधशाला जो एक साथ दृश्य प्रकाश, निकट व दूर पराबैंगनी (UVIT) तथा मृदु और कठोर एक्स-किरणों (LAXPC, SXT, CZTI) में ब्रह्मांड का प्रेक्षण करती है। • XPoSat (1 जनवरी 2024): खगोलीय एक्स-किरणों के ध्रुवण (X-ray Polarization — POLIX व XSPECT पेलोड) को मापने वाला भारत का पहला और विश्व का दूसरा (NASA के IXPE के बाद) समर्पित उपग्रह।
5. चंद्रयान-3 का 'LIBS' स्पेक्ट्रोस्कोप और LLR	ISRO (LEOS बेंगलुरु)	• प्रज्ञान रोवर पर लगे LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscope) ने उच्च-तीव्रता लेज़र स्पंद से चंद्र मृदा को प्लाज्मा में बदलकर उत्सर्जित प्रकाश स्पेक्ट्रम के विश्लेषण से दक्षिणी ध्रुव पर सल्फर (गंधक), एल्युमिनियम, कैल्शियम, लौह और टाइटेनियम की पुष्टि की। विक्रम लैंडर पर NASA का पैसिव लेज़र रेट्रो-रिफ्लेक्टर ऐरे (LRA) भी स्थापित है।

खंड 04

समसामयिकी संबंध (2025–2026 के सत्यापित घटनाक्रम एवं CSE 2027 प्रासंगिकता)

4.1 DRDO द्वारा 30 kW 'Mk-II(A) लेज़र-निर्देशित ऊर्जा हथियार (DEW)' और एकीकृत वायु रक्षा प्रणाली का सफल परीक्षण (अप्रैल 2025 – अगस्त 2026)

सत्यापित संदर्भ (PIB एवं DRDO, अप्रैल 2025 व अगस्त 2025–2026):

Mk-II(A) Laser-DEW परीक्षण (कुरनूल, आंध्र प्रदेश): DRDO ने स्वदेशी रूप से विकसित $30\text{ kW}$ के Mk-II(A) लेज़र-निर्देशित ऊर्जा हथियार (DEW) का सफल फील्ड परीक्षण कर फिक्स्ड-विंग ड्रोन, मल्टी-ड्रोन हमलों (Swarm Drones) और शत्रु के निगरानी एंटीना को लंबी दूरी पर कुछ ही सेकंड में ध्वस्त किया।
स्पेक्ट्रल बीम कंबाइनिंग (Spectral Beam Combining — SBC) तकनीक: इसमें लगभग 30 संकीर्ण-लाइनविड्थ फाइबर लेज़र चैनलों की ऊर्जा को एक विशेष विवर्तन ग्रेटिंग (Diffraction grating) की सहायता से जोड़कर एकल अति-शक्तिशाली लेज़र किरण बनाई जाती है, जिससे दूरी बढ़ने पर भी किरण की गुणवत्ता (Beam quality) खराब नहीं होती।
सामरिक आर्थिक लाभ: जहाँ एक पारंपरिक एंटी-एयरक्राफ्ट मिसाइल की लागत करोड़ों रुपये होती है, वहीं इस लेज़र हथियार को कुछ सेकंड दागने की लागत मात्र कुछ लीटर पेट्रोल के बराबर होती है। साथ ही, DRDO अपनी महत्वाकांक्षी $100\text{ kW}$ की 'दुर्गा-2' (DURGA-II — Directionally Unrestricted Ray-Gun Array) परियोजना को भी आगे बढ़ा रहा है।

4.2 लद्दाख की 'MACE' वेधशाला द्वारा 8 अरब प्रकाश-वर्ष दूर के ब्लेज़र (OP 313) से गामा-किरण प्रज्वाल का संसूचन (2025–2026)

सत्यापित संदर्भ (DAE / BARC एवं IIA, 2025–2026): हनले डार्क स्काई रिज़र्व (लद्दाख, $4,300\text{ m}$) में स्थित भारत की स्वदेशी MACE (Major Atmospheric Cherenkov Experiment) दूरबीन ने पृथ्वी से लगभग 8 अरब प्रकाश-वर्ष दूर स्थित सक्रिय आकाशगंगा केंद्रक (Blazar — OP 313, जब ब्रह्मांड अपनी वर्तमान आयु के आधे से भी कम था) से आने वाले अति-उच्च ऊर्जा ($>20\text{ GeV}$) गामा-किरण सिग्नल का सफल संसूचन कर अपनी वैश्विक क्षमता प्रमाणित की है।

4.3 भारतनेट (संशोधित भारतनेट कार्यक्रम) और क्वांटम-सुरक्षित ऑप्टिकल फाइबर संचार (2025–2026)

सत्यापित संदर्भ (दूरसंचार विभाग / PIB, 2025–2026): पूर्ण आंतरिक परावर्तन (TIR) और वेवलेंथ डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग (WDM — एक ही फाइबर में अलग-अलग रंगों/तरंगदैर्ध्य के लेज़र सिग्नल भेजना) पर आधारित भारतनेट परियोजना के माध्यम से देश की 2.5 लाख से अधिक ग्राम पंचायतों को उच्च-गति ब्रॉडबैंड से जोड़ा जा रहा है, और C-DOT द्वारा इसी ऑप्टिकल फाइबर नेटवर्क पर फोटॉन के ध्रुवण (Polarization states) का उपयोग कर क्वांटम कुंजी वितरण (QKD) का सफल परीक्षण किया गया है।

खंड 05

प्रारंभिक परीक्षा दृष्टि (Prelims High-Yield Pointers & Common Traps)

⚠️ UPSC Prelims के 7 प्रमुख वैचारिक भ्रम (Traps) — जहाँ अभ्यर्थी गलती करते हैं

भ्रम 1 (सोडियम लैंप बनाम LED लैंप — UPSC Prelims 2021): "सोडियम लैंप का जीवनकाल LED लैंप से अधिक होता है।" सत्य: यह कथन गलत है! LED लैंप का जीवनकाल ($\approx 50,000+$ घंटे) सोडियम वाष्प लैंप ($\approx 15,000\text{–}24,000$ घंटे) से कहीं अधिक होता है। सोडियम लैंप $360^\circ$ में लगभग एकवर्णी पीला प्रकाश (Monochromatic yellow, $\approx 589\text{ nm}$) उत्सर्जित करते हैं (जो कोहरे को भेदने में अच्छा है पर वस्तुओं के असली रंग पहचानने / Colour Rendering Index में खराब है), जबकि LED लैंप दिशात्मक (Directional, $180^\circ$) होते हैं और बेहतर रंग स्पेक्ट्रम देते हैं।
भ्रम 2 (LiFi की दीवार पार करने की क्षमता — UPSC Prelims 2016): "LiFi रेडियो तरंगों का उपयोग करता है और दीवारों को आसानी से पार कर सकता है।" सत्य: दोनों बातें गलत हैं! LiFi दृश्य प्रकाश का उपयोग करता है और अपारदर्शी दीवारों को पार नहीं कर सकता।
भ्रम 3 (माध्यम बदलने पर प्रकाश का कौन-सा गुण नहीं बदलता): जब प्रकाश वायु से काँच या जल में जाता है, तो उसकी चाल और तरंगदैर्ध्य बदल जाती है, परंतु आवृत्ति (Frequency) कभी नहीं बदलती।
भ्रम 4 (पूर्ण आंतरिक परावर्तन की दिशा): "जब प्रकाश वायु से काँच में जाता है, तो पूर्ण आंतरिक परावर्तन होता है।" सत्य: यह कथन गलत है—TIR केवल तभी संभव है जब प्रकाश सघन माध्यम (काँच/जल/हीरा) से विरल माध्यम (वायु) में जा रहा हो।
भ्रम 5 (ध्वनि बनाम प्रकाश तरंगों में अंतर करने वाला एकमात्र गुण): परावर्तन, अपवर्तन, व्यतिकरण और विवर्तन—ये चारों गुण ध्वनि और प्रकाश दोनों में पाए जाते हैं। केवल 'ध्रुवण' (Polarization) ही वह गुण है जो केवल प्रकाश (अनुप्रस्थ तरंग) में होता है, ध्वनि (अनुदैर्ध्य तरंग) में नहीं।
भ्रम 6 (पानी के भीतर वायु का बुलबुला कैसा व्यवहार करता है?): पानी के भीतर हवा का बुलबुला दिखने में भले ही गोल (उत्तल सतह जैसा) लगता है, परंतु चूँकि भीतर की वायु बाहरी जल की तुलना में विरल माध्यम है, इसलिए वह प्रकाश किरणों को फैलाता है और 'अवतल लेंस' (Concave / Diverging Lens) की भाँति व्यवहार करता है!
भ्रम 7 (चेरेनकोव विकिरण क्या प्रकाश की चाल के नियम का उल्लंघन है?): MACE दूरबीन या परमाणु रिएक्टर के भारी जल में दिखने वाली नीली चमक (Cherenkov radiation) में आवेशित कण उस माध्यम में प्रकाश की चाल ($c/n$) से तेज़ चलते हैं, किंतु निर्वात में प्रकाश की सर्वोच्च चाल ($c$) से सदैव कम ही रहते हैं; अतः सापेक्षता सिद्धांत का उल्लंघन नहीं होता।

खंड 06

मुख्य परीक्षा दृष्टि (GS-III विश्लेषण: लेज़र निर्देशित ऊर्जा हथियार एवं फोटोनिक्स क्रांति)

6.1 आधुनिक असममित युद्ध (Asymmetric Warfare) में लेज़र निर्देशित ऊर्जा हथियारों (DEWs) का सामरिक महत्त्व और सीमाएँ

✅ लेज़र हथियारों (जैसे DRDO Mk-II(A)) के सामरिक लाभ

लागत-प्रभावशीलता (Cost-per-shot Asymmetry): कुछ हजार रुपये के सस्ते कामिकाज़े ड्रोन या स्वार्म ड्रोन को मार गिराने के लिए लाखों-करोड़ों रुपये की सतह-से-हवा में मार करने वाली मिसाइल दागना आर्थिक रूप से अस्थिर है। लेज़र DEW प्रति शॉट मात्र कुछ सौ रुपये की विद्युत ऊर्जा खर्च करता है।
प्रकाश की चाल से प्रहार (Zero Time-of-Flight): लेज़र किरण $3,00,000\text{ km/s}$ की गति से लक्ष्य पर तात्कालिक प्रहार करती है, जिससे तेज़ गति के लक्ष्यों के लिए अग्रिम प्रक्षेप-पथ (Lead angle) की गणना सरल हो जाती है।
असीमित मैगज़ीन एवं न्यूनतम कोलेटरल क्षति: जब तक विद्युत जनरेटर/बैटरी चालू है, गोला-बारूद समाप्त होने की समस्या नहीं होती, और विस्फोटक टुकड़े न गिरने से शहरी क्षेत्रों में संपार्श्विक क्षति (Collateral damage) न्यूनतम रहती है।

⚠️ भौतिक एवं परिचालन सीमाएँ (Limitations)

वायुमंडलीय क्षय (Atmospheric Attenuation & Thermal Blooming): घने कोहरे, भारी वर्षा, धूल भरी आँधी और धुएँ में लेज़र किरण का प्रकीर्णन व अवशोषण हो जाता है, जिससे इसकी मारक क्षमता घट जाती है।
सीधी दृष्टि-रेखा (Line-of-Sight Constraint): प्रकाश सरल रेखा में चलता है, इसलिए लेज़र हथियार पहाड़ी के पीछे या क्षितिज के पार (Beyond Visual Range) छिपे लक्ष्यों पर प्रहार नहीं कर सकते।
उच्च विद्युत शक्ति एवं शीतलन की आवश्यकता: $30\text{ kW}\text{–}100\text{ kW}$ के लेज़र को चलाने और उसके ऑप्टिक्स को अत्यधिक गर्म होने से बचाने के लिए भारी पावर सप्लाई और थर्मल मैनेजमेंट तंत्र की आवश्यकता होती है।

खंड 07

वास्तविक UPSC प्रारंभिक परीक्षा प्रश्नावली (Verified Prelims PYQs)

नीचे इस अध्याय (प्रकाश स्पेक्ट्रम, LED बनाम सोडियम लैंप, LiFi, इंद्रधनुष एवं प्रकाशीय भ्रम) से सीधे जुड़े आधिकारिक UPSC CSE प्रारंभिक परीक्षा प्रश्न दिए गए हैं। (नोट: मूल अंग्रेजी प्रश्न के साथ 'विश्वसनीय हिंदी अनुवाद' दिया गया है और उत्तर आधिकारिक UPSC उत्तर-कुंजी से सत्यापित हैं।)

वास्तविक UPSC PYQ • CSE Prelims 2021 (GS Paper-I) उत्तर-कुंजी: आधिकारिक UPSC कुंजी से सत्यापित | विश्वसनीय हिंदी अनुवाद सहित

प्रश्न 1. पथ-प्रकाश (Street-lighting) के संदर्भ में, सोडियम लैंप किस प्रकार एलईडी (LED) लैंप से भिन्न हैं? (With reference to street-lighting, how do sodium lamps differ from LED lamps?) 1. सोडियम लैंप 360 डिग्री में प्रकाश उत्पन्न करते हैं किंतु एलईडी लैंप में ऐसा नहीं होता। (Sodium lamps produce light in 360 degrees but it is not so in the case of LED lamps.) 2. पथ-प्रकाश के रूप में, एलईडी लैंप की तुलना में सोडियम लैंप की उपयोगिता अवधि (आयु) अधिक होती है। (As street-lights, sodium lamps have longer life span than LED lamps.) 3. सोडियम लैंप से दृश्य प्रकाश का स्पेक्ट्रम लगभग एकवर्णी (Monochromatic) होता है जबकि एलईडी लैंप पथ-प्रकाश में सार्थक वर्ण सुविधाएँ (Colour advantages) प्रदान करते हैं। (The spectrum of visible light from sodium lamps is almost monochromatic while LED lamps offer significant colour advantages in street lighting.) नीचे दिए गए कूट का प्रयोग कर सही उत्तर चुनिए:

सही उत्तर: (c) केवल 1 और 3
विस्तृत व्याख्या:

कथन 1 सही है: सोडियम वाष्प लैंप (Sodium vapour bulb) काँच के ट्यूब में गैस विसर्जन से सर्वदिशात्मक ($360^\circ$) प्रकाश उत्सर्जित करते हैं, इसलिए उन्हें सड़क पर नीचे की ओर मोड़ने के लिए परावर्तक (Reflectors) लगाने पड़ते हैं। इसके विपरीत, अर्धचालक LED लैंप स्वभाव से ही दिशात्मक ($180^\circ$) होते हैं।
कथन 2 गलत है: ठोस-अवस्था (Solid-state) एलईडी लैंप का जीवनकाल ($50,000$ से $1,00,000$ घंटे तक) सोडियम लैंप ($15,000$ से $24,000$ घंटे) की तुलना में बहुत अधिक होता है।
कथन 3 सही है: सोडियम लैंप लगभग एकवर्णी पीला-नारंगी प्रकाश ($\approx 589\text{ nm}$ डबलेट) उत्सर्जित करते हैं जिससे उनका कलर रेंडरिंग इंडेक्स (CRI) बहुत कम होता है, जबकि श्वेत LED विस्तृत दृश्य स्पेक्ट्रम देते हैं जिससे रात में वाहनों व वस्तुओं के वास्तविक रंग स्पष्ट दिखते हैं।

स्रोत: UPSC CSE Prelims 2021 GS Paper-I (Official Paper & Answer Key)

उत्तर एवं व्याख्या देखें (बिना जावास्क्रिप्ट / त्वरित पठन)

सही उत्तर: (c) केवल 1 और 3। LED लैंप की आयु सोडियम लैंप से अधिक होती है, अतः कथन 2 गलत है।

वास्तविक UPSC PYQ • CSE Prelims 2016 (GS Paper-I) उत्तर-कुंजी: आधिकारिक UPSC कुंजी से सत्यापित | विश्वसनीय हिंदी अनुवाद सहित

प्रश्न 2. हाल ही में समाचारों में रहे 'LiFi' के संदर्भ में, निम्नलिखित कथनों में से कौन-सा/से सही है/हैं? (With reference to 'LiFi', recently in the news, which of the following statements is/are correct?) 1. यह उच्च-गति डेटा संचरण के लिए प्रकाश को माध्यम के रूप में प्रयुक्त करता है। (It uses light as the medium for high-speed data transmission.) 2. यह एक बेतार (Wireless) प्रौद्योगिकी है और 'WiFi' से कई गुना तीव्र है। (It is a wireless technology and is several times faster than 'WiFi'.) नीचे दिए गए कूट का प्रयोग कर सही उत्तर चुनिए:

सही उत्तर: (c) 1 और 2 दोनों
विस्तृत व्याख्या:

कथन 1 और 2 दोनों सही हैं: LiFi (Light Fidelity) एक दृश्य प्रकाश संचार (Visible Light Communication — VLC, $380\text{–}780\text{ nm}$) आधारित ऑप्टिकल वायरलेस तकनीक है। इसमें LED बल्बों के प्रकाश की तीव्रता को उच्च आवृत्ति पर मॉड्यूलेट कर डेटा भेजा जाता है और फोटोडिटेक्टर द्वारा इसे ग्रहण किया जाता है। दृश्य प्रकाश स्पेक्ट्रम की बैंडविड्थ रेडियो तरंगों से लगभग $10,000$ गुना बड़ी होने के कारण यह WiFi से कई गुना अधिक गति प्रदान करता है।

स्रोत: UPSC CSE Prelims 2016 GS Paper-I (Official Paper & Answer Key)

उत्तर एवं व्याख्या देखें (बिना जावास्क्रिप्ट / त्वरित पठन)

सही उत्तर: (c) 1 और 2 दोनों।

वास्तविक UPSC PYQ • CSE Prelims 2013 (GS Paper-I — क्लासिक प्रकाशिकी प्रश्न) उत्तर-कुंजी: आधिकारिक UPSC कुंजी से सत्यापित | विश्वसनीय हिंदी अनुवाद सहित

प्रश्न 3. जब सूर्य का प्रकाश वर्षा की बूँदों पर गिरता है, तो इंद्रधनुष बनता है। इसके लिए निम्नलिखित में से कौन-सी भौतिक परिघटनाएँ उत्तरदायी हैं? (Rainbow is produced when sunlight falls on drops of rain. Which of the following physical phenomena are responsible for this?) 1. परिक्षेपण / वर्ण-विक्षेपण (Dispersion) 2. अपवर्तन (Refraction) 3. आंतरिक परावर्तन (Internal reflection) नीचे दिए गए कूट का प्रयोग कर सही उत्तर चुनिए:

सही उत्तर: (d) 1, 2 और 3
विस्तृत व्याख्या: जब सूर्य की किरण जल की बूँद में प्रवेश करती है, तो पहले उसका अपवर्तन (Refraction) और सात रंगों में वर्ण-विक्षेपण (Dispersion) होता है; इसके बाद बूँद की पिछली सतह से प्रकाश का आंतरिक परावर्तन (Internal reflection) होता है, और बूँद से बाहर निकलते समय पुनः अपवर्तन होकर प्रेक्षक की आँख में इंद्रधनुष दिखाई देता है।
स्रोत: UPSC CSE Prelims 2013 GS Paper-I (Official Paper & Answer Key)

उत्तर एवं व्याख्या देखें (बिना जावास्क्रिप्ट / त्वरित पठन)

सही उत्तर: (d) 1, 2 और 3 (तीनों परिघटनाएँ उत्तरदायी हैं)।

वास्तविक UPSC PYQ • CSE Prelims 2013 (GS Paper-I — प्रकाशीय भ्रम) उत्तर-कुंजी: आधिकारिक UPSC कुंजी से सत्यापित | विश्वसनीय हिंदी अनुवाद सहित

प्रश्न 4. निम्नलिखित परिघटनाओं पर विचार कीजिए: (Consider the following phenomena:) 1. गोधूलि में सूर्य का आमाप (Size of the sun at dusk) 2. उषाकाल में सूर्य का रंग (Colour of the sun at dawn) 3. उषाकाल में चंद्रमा का दिखना (Moon being visible at dawn) 4. आकाश में तारों का टिमटिमाना (Twinkle of stars in the sky) 5. आकाश में ध्रुव तारे का दिखना (Polestar being visible in the sky) उपर्युक्त में से कौन-से दृष्टि भ्रम (Optical illusions) हैं?

सही उत्तर: (c) 1, 2 और 4
विस्तृत व्याख्या:

कथन 1, 2 और 4 सही हैं: (1) गोधूलि (क्षितिज के पास) सूर्य का वास्तविक आकार नहीं बढ़ता, बल्कि क्षितिज की वस्तुओं के साथ तुलना के कारण मस्तिष्क को बड़ा प्रतीत होता है (Ponzo illusion); (2) उषाकाल में सूर्य वास्तव में लाल नहीं हो जाता, बल्कि वायुमंडलीय प्रकीर्णन से नीला प्रकाश बिखर जाने के कारण लाल प्रतीत होता है; (4) तारे वास्तव में अपनी चमक नहीं बदलते, बल्कि वायुमंडलीय अपवर्तन के कारण टिमटिमाते हुए प्रतीत होते हैं।
कथन 3 और 5 गलत क्यों हैं: उषाकाल में चंद्रमा का दिखना और रात्रि में ध्रुव तारे का दिखना उनकी वास्तविक खगोलीय स्थिति है, कोई दृष्टि भ्रम नहीं।

स्रोत: UPSC CSE Prelims 2013 GS Paper-I (Official Paper & Answer Key)

उत्तर एवं व्याख्या देखें (बिना जावास्क्रिप्ट / त्वरित पठन)

सही उत्तर: (c) 1, 2 और 4।

खंड 08

मुख्य परीक्षा वास्तविक प्रश्न एवं आदर्श उत्तर (Verified UPSC Mains GS-III PYQ)

वास्तविक UPSC Mains PYQ • CSE 2021 (GS Paper-III, प्रश्न 16 — प्रकाशिकी एवं स्पेक्ट्रम) 15 अंक • शब्द-सीमा: 250 शब्द • विश्वसनीय हिंदी अनुवाद सहित

प्रश्न 1: वर्ष 2014 का भौतिकी का नोबेल पुरस्कार संयुक्त रूप से अकासाकी, अमानो और नाकामुरा को 1990 के दशक में नीले एलईडी (Blue LEDs) के आविष्कार के लिए प्रदान किया गया था। इस आविष्कार ने मानव के दैनंदिन जीवन को किस प्रकार प्रभावित किया है?
(The Nobel Prize in Physics of 2014 was jointly awarded to Akasaki, Amano and Nakamura for the invention of Blue LEDs in 1990s. How has this invention impacted the everyday life of human beings? — 250 Words, 15 Marks)

आदर्श उत्तर (प्रकाशिकी एवं स्पेक्ट्रम परिप्रेक्ष्य — 250 शब्द मानक):

भूमिका एवं प्रकाशीय सिद्धांत: प्रकाशिकी के 'योगात्मक वर्ण सिद्धांत' (Additive Colour Mixing) के अनुसार स्वच्छ श्वेत प्रकाश (White Light) उत्पन्न करने के लिए दृश्य स्पेक्ट्रम के तीनों प्राथमिक रंगों—लाल (Red), हरा (Green) और नीला (Blue)—का संयोजन अनिवार्य है। लाल और हरे डायोड 1960 के दशक में बन चुके थे, किंतु उच्च बैंड-गैप ($3.4\text{ eV}$) वाले गैलियम नाइट्राइड (GaN) क्रिस्टल से उच्च-दक्षता का नीला एलईडी ($\lambda \approx 450\text{–}470\text{ nm}$) बनाना अकासाकी, अमानो और नाकामुरा की ऐतिहासिक उपलब्धि थी।

श्वेत प्रकाश उत्सर्जन तंत्र: जब नीले LED के ऊपर पीले फॉस्फर (Ce:YAG Phosphor) की परत चढ़ाई जाती है, तो नीले फोटॉनों का एक भाग स्टोक्स विस्थापन (Stokes shift) से पीले-लाल प्रकाश में बदल जाता है और पूरक रंगों के मिश्रण से उच्च कलर-रेंडरिंग वाला श्वेत प्रकाश प्राप्त होता है।

मानव जीवन पर बहुआयामी प्रभाव:

ऊर्जा दक्षता एवं उजाला (UJALA) क्रांति: तापदीप्त बल्ब (जो $90\%$ ऊर्जा अवरक्त ऊष्मा में बर्बाद करते थे) की तुलना में श्वेत LED $80\%$ कम बिजली में $300\text{ lm/W}$ प्रकाश देते हैं और $50,000+$ घंटे चलते हैं। भारत के उजाला और स्ट्रीट लाइटिंग राष्ट्रीय कार्यक्रम (SLNP) ने करोड़ों टन $\text{CO}_2$ उत्सर्जन घटाया।
आधुनिक डिस्प्ले, ऑप्टिकल स्टोरेज एवं LiFi संचार: स्मार्टफोन, टीवी और कंप्यूटर की LED-बैकलाइट स्क्रीन, छोटी तरंगदैर्ध्य ($405\text{ nm}$ ब्लू-वायलेट लेज़र) के कारण 5 गुना अधिक डेटा स्टोर करने वाली Blu-ray डिस्क, और उच्च-गति LiFi (Visible Light Communication) इसी आविष्कार पर टिके हैं।
स्वास्थ्य एवं जल सुरक्षा: GaN आधारित UV-LED से रसायन-मुक्त जल शुद्धिकरण और कृषि में नियंत्रित फोटो-बायोलॉजिकल प्रकाश व्यवस्था संभव हुई है।

निष्कर्ष: नीले एलईडी ने अर्धचालक फोटोनिक्स को प्रयोगशाला से निकालकर 21वीं सदी के हर घर, सड़क और डिजिटल स्क्रीन को आलोकित करने का माध्यम बना दिया है।

खंड 09

नए मौलिक अभ्यास प्रश्न (UPSC CSE 2027 — 16 Prelims MCQs एवं 4 Mains अभ्यास प्रश्न)

स्पष्टीकरण: नीचे दिए गए सभी 16 बहुविकल्पीय प्रश्न और 4 मुख्य परीक्षा प्रश्न UPSC CSE 2027 की तैयारी हेतु निर्मित मौलिक अभ्यास प्रश्न (Original Practice Questions) हैं; ये पिछले वर्षों के प्रश्न (PYQ) नहीं हैं।

9.1 प्रारंभिक परीक्षा अभ्यास टेस्ट (16 UPSC-स्तरीय बहुविकल्पीय प्रश्न)

अभ्यास प्रश्न 01 • विद्युतचुम्बकीय स्पेक्ट्रम का अनुक्रम स्तर: UPSC Prelims अवधारणात्मक

प्रश्न 1. निम्नलिखित विद्युतचुम्बकीय विकिरणों पर विचार कीजिए: 1. अवरक्त विकिरण (Infrared radiation) 2. एक्स-किरणें (X-rays) 3. सूक्ष्म तरंगें (Microwaves) 4. पराबैंगनी विकिरण (Ultraviolet radiation) उपर्युक्त विकिरणों को उनकी 'फोटॉन ऊर्जा (Photon Energy)' के बढ़ते हुए क्रम (Increasing order) में व्यवस्थित कीजिए:

सही उत्तर: (b) 3 – 1 – 4 – 2
व्याख्या: फोटॉन ऊर्जा $E = h\nu = hc/\lambda$ आवृत्ति के समानुपाती और तरंगदैर्ध्य के व्युत्क्रमानुपाती होती है। अतः बढ़ती ऊर्जा का सही क्रम है: सूक्ष्म तरंगें (3) < अवरक्त विकिरण (1) < पराबैंगनी विकिरण (4) < एक्स-किरणें (2)।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (b) 3 – 1 – 4 – 2।

अभ्यास प्रश्न 02 • पूर्ण आंतरिक परावर्तन (TIR) एवं ऑप्टिकल फाइबर स्तर: कथन-आधारित परीक्षा Trap

प्रश्न 2. प्रकाश के 'पूर्ण आंतरिक परावर्तन (Total Internal Reflection — TIR)' और 'प्रकाशिक तंतु (Optical Fibre)' के संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए: 1. पूर्ण आंतरिक परावर्तन केवल तभी घटित होता है जब प्रकाश की किरण प्रकाशतः विरल माध्यम से सघन माध्यम में प्रवेश करती है और आपतन कोण क्रांतिक कोण से अधिक होता है। 2. एक मानक ऑप्टिकल फाइबर में केंद्रीय भाग 'कोर (Core)' का अपवर्तनांक बाहरी आवरण 'क्लैडिंग (Cladding)' के अपवर्तनांक से अधिक रखा जाता है। 3. चिकित्सा में आंतरिक अंगों के परीक्षण हेतु प्रयुक्त 'एंडोस्कोपी' (Endoscopy) पूर्ण आंतरिक परावर्तन के सिद्धांत पर कार्य करती है। उपर्युक्त में से कौन-से कथन सही हैं?

सही उत्तर: (c) केवल 2 और 3
व्याख्या: कथन 1 गलत है क्योंकि पूर्ण आंतरिक परावर्तन के लिए प्रकाश का सघन माध्यम से विरल माध्यम की ओर जाना अनिवार्य है (विरल से सघन में नहीं)। इसीलिए कथन 2 सही है—ऑप्टिकल फाइबर में कोर (सघन, उच्च अपवर्तनांक $n_1$) से क्लैडिंग (विरल, निम्न अपवर्तनांक $n_2$) की सीमा पर ही पूर्ण आंतरिक परावर्तन होता है। कथन 3 भी सही है।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (c) केवल 2 और 3 (कथन 1 गलत है क्योंकि प्रकाश सघन से विरल में जाना चाहिए)।

अभ्यास प्रश्न 03 • लद्दाख की 'MACE' गामा-किरण वेधशाला स्तर: समसामयिकी 2025–2026 + चेरेनकोव विकिरण

प्रश्न 3. लद्दाख के हनले (Hanle) में स्थापित 'MACE (Major Atmospheric Cherenkov Experiment)' वेधशाला के संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए: 1. यह लगभग 4,300 मीटर की ऊँचाई पर स्थित विश्व की सर्वाधिक ऊँचाई वाली इमेजिंग चेरेनकोव गामा-किरण दूरबीन है, जिसका स्वदेशी निर्माण भाभा परमाणु अनुसंधान केंद्र (BARC) ने किया है। 2. यह अंतरिक्ष से आने वाली गामा किरणों को सीधे दर्पण पर केंद्रित करने के बजाय, गामा किरणों के वायुमंडल से टकराने पर उत्पन्न आवेशित कणों की बौछार से निकलने वाली नीली 'चेरेनकोव प्रकाश चमक' (Cherenkov flash) का संसूचन करती है। उपर्युक्त में से कौन-सा/से कथन सही है/हैं?

सही उत्तर: (b) 1 और 2 दोनों
व्याख्या: उच्च-ऊर्जा गामा किरणें पृथ्वी के वायुमंडल द्वारा ऊपर ही रोक ली जाती हैं और सामान्य दर्पण से परावर्तित भी नहीं होतीं। जब $>20\text{ GeV}$ की गामा किरण ऊपरी वायुमंडल के परमाणुओं से टकराती है, तो वह इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन युग्मों की बौछार बनाती है जो वायु में प्रकाश की चाल ($c/n$) से तेज़ चलकर नीली चेरेनकोव चमक उत्पन्न करते हैं। BARC द्वारा निर्मित MACE का $21\text{ m}$ परावर्तक इसी चमक की छवि बनाता है।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (b) 1 और 2 दोनों।

अभ्यास प्रश्न 04 • DRDO का Mk-II(A) लेज़र-DEW हथियार स्तर: रक्षा प्रौद्योगिकी समसामयिकी (2025–2026)

प्रश्न 4. हाल ही में रक्षा अनुसंधान एवं विकास संगठन (DRDO) द्वारा सफलतापूर्वक परीक्षित 'Mk-II(A) प्रणाली' के संदर्भ में निम्नलिखित में से कौन-सा कथन सही है?

सही उत्तर: (c)
व्याख्या: DRDO के हैदराबाद स्थित केंद्र CHESS द्वारा विकसित Mk-II(A) एक 30-किलोवाट का लेज़र-निर्देशित ऊर्जा हथियार (Directed Energy Weapon) है, जिसका कुरनूल रेंज में सफल परीक्षण कर फिक्स्ड-विंग व स्वार्म ड्रोनों को ध्वस्त किया गया।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (c) 30 kW का स्वदेशी लेज़र-निर्देशित ऊर्जा हथियार (Laser-DEW)।

अभ्यास प्रश्न 05 • अपवर्तन में अपरिवर्तित राशि स्तर: मूलभूत प्रकाशिकी

प्रश्न 5. जब एकवर्णी हरे लेज़र प्रकाश की किरण वायु से चलकर काँच के एक मोटे स्लैब में प्रवेश करती है, तो उसके निम्नलिखित गुणों में से कौन-सा अपरिवर्तित रहता है?

सही उत्तर: (a) केवल आवृत्ति (Frequency)
व्याख्या: वायु से काँच ($n \approx 1.5$) में जाने पर प्रकाश का वेग ($v = c/n$) और तरंगदैर्ध्य ($\lambda' = \lambda/n$) दोनों $1.5$ गुना घट जाते हैं, किंतु आवृत्ति ($\nu$) केवल स्रोत पर निर्भर करती है और माध्यम बदलने पर कभी नहीं बदलती।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (a) केवल आवृत्ति अपरिवर्तित रहती है।

अभ्यास प्रश्न 06 • दर्पण एवं लेंस युग्म-मिलान स्तर: दैनिक जीवन में प्रकाशिकी

प्रश्न 6. निम्नलिखित युग्मों पर विचार कीजिए: प्रकाशीय युक्ति / स्थिति — प्रयुक्त दर्पण या लेंस 1. वाहनों में पीछे का यातायात देखने वाला दर्पण (Rear-view mirror) — उत्तल दर्पण (Convex mirror) 2. दंत चिकित्सक द्वारा दाँतों का आवर्धित प्रतिबिंब देखने का दर्पण — अवतल दर्पण (Concave mirror) 3. निकट-दृष्टि दोष (Myopia) के निवारण हेतु चश्मे का लेंस — उत्तल लेंस (Convex lens) 4. पानी के भीतर चमकता हुआ वायु का बुलबुला — अवतल लेंस (अपसारी लेंस) की भाँति व्यवहार उपर्युक्त में से कितने युग्म सही सुमेलित हैं?

सही उत्तर: (c) केवल तीन युग्म (युग्म 1, 2 और 4 सही हैं)
व्याख्या: युग्म 3 गलत है क्योंकि निकट-दृष्टि दोष (Myopia) में प्रतिबिंब रेटिना से पहले बन जाता है, इसलिए किरणों को अपसरित करने के लिए अवतल लेंस (Concave lens) का प्रयोग किया जाता है (उत्तल लेंस दूर-दृष्टि दोष / Hypermetropia में प्रयुक्त होता है)। युग्म 1, 2 और 4 पूर्णतः सही हैं।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (c) केवल तीन युग्म (मायोपिया में अवतल लेंस लगता है, उत्तल नहीं)।

अभ्यास प्रश्न 07 • ध्रुवण (Polarization) बनाम अन्य तरंग गुण स्तर: तरंग भौतिकी भेद

प्रश्न 7. निम्नलिखित में से कौन-सी एक भौतिक परिघटना प्रकाश तरंगों और ध्वनि तरंगों के बीच मूलभूत अंतर स्थापित करती है (अर्थात् प्रकाश में घटित होती है किंतु वायु में गमन करती ध्वनि तरंगों में नहीं)?

सही उत्तर: (d) ध्रुवण (Polarization)
व्याख्या: विवर्तन, व्यतिकरण, अपवर्तन और डॉप्लर प्रभाव अनुप्रस्थ और अनुदैर्ध्य दोनों प्रकार की तरंगों में होते हैं। परंतु ध्रुवण (Polarization) केवल और केवल अनुप्रस्थ तरंगों (Transverse waves — जैसे प्रकाश व सभी विद्युतचुम्बकीय तरंगें) का गुण है; वायु में ध्वनि तरंगें अनुदैर्ध्य (Longitudinal) होने के कारण ध्रुवित नहीं हो सकतीं।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (d) ध्रुवण (Polarization)।

अभ्यास प्रश्न 08 • साबुन के बुलबुले और तेल की परत में रंग स्तर: तरंग प्रकाशिकी

प्रश्न 8. सूर्य के प्रकाश में साबुन के बुलबुले (Soap bubble) या गीली सड़क पर फैली तेल की पतली परत (Thin oil film) पर दिखाई देने वाले सुंदर इंद्रधनुषी रंग मुख्यतः किस प्रकाशीय परिघटना का परिणाम हैं?

सही उत्तर: (b) पतली फिल्म व्यतिकरण (Thin-film Interference)
व्याख्या: जब श्वेत प्रकाश साबुन के बुलबुले या तेल की अत्यंत पतली परत पर पड़ता है, तो फिल्म की ऊपरी सतह और निचली सतह से परावर्तित होने वाली किरणों के बीच पथांतर के कारण कुछ रंगों का संपोषी व्यतिकरण (Constructive interference) और कुछ का विनाशी व्यतिकरण होता है, जिससे चमकदार रंग दिखाई देते हैं।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (b) पतली फिल्म से परावर्तित प्रकाश का व्यतिकरण (Interference)।

अभ्यास प्रश्न 09 • लेज़र (LASER) के मूलभूत गुण स्तर: फोटोनिक्स एवं क्वांटम प्रकाशिकी

प्रश्न 9. साधारण तापदीप्त बल्ब या LED प्रकाश की तुलना में 'लेज़र (LASER)' पुंज के संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए: 1. लेज़र प्रकाश उच्च कोटि का कला-संबद्ध (Spatially and temporally coherent) और लगभग एकवर्णी (Monochromatic) होता है। 2. लेज़र का कार्य-सिद्धांत 'स्वतः उत्सर्जन' (Spontaneous Emission) के दमन और 'उद्दीपित उत्सर्जन' (Stimulated Emission) तथा 'जनसंख्या प्रतिलोमन' (Population Inversion) पर आधारित है। उपर्युक्त में से कौन-सा/से कथन सही है/हैं?

सही उत्तर: (a) 1 और 2 दोनों
व्याख्या: साधारण प्रकाश स्रोत (बल्ब/LED) स्वतः उत्सर्जन (Spontaneous emission) से अ-संबद्ध फोटॉन निकालते हैं, जबकि लेज़र में पंपिंग द्वारा उच्च ऊर्जा स्तर में अधिक परमाणु पहुँचाकर (Population inversion) आपतित फोटॉन से उद्दीपित उत्सर्जन (Stimulated emission) कराया जाता है, जिससे सभी फोटॉन समान आवृत्ति, समान दिशा और समान कला (Coherent) में निकलते हैं।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (a) 1 और 2 दोनों।

अभ्यास प्रश्न 10 • माइक्रोवेव ओवन एवं अवरक्त रिमोट स्तर: घरेलू उपकरणों में स्पेक्ट्रम

प्रश्न 10. निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए: 1. माइक्रोवेव ओवन में भोजन को पकाने के लिए गामा किरणों का उपयोग किया जाता है क्योंकि उनकी भेदन क्षमता सर्वाधिक होती है। 2. सामान्य घरेलू टेलीविजन और एयर कंडीशनर के रिमोट कंट्रोल में सिग्नल भेजने के लिए निकट-अवरक्त (Near-Infrared) प्रकाश तरंगों का उपयोग किया जाता है। उपर्युक्त में से कौन-सा/से कथन सही है/हैं?

सही उत्तर: (c) केवल 2
व्याख्या: कथन 1 गलत है—माइक्रोवेव ओवन में गैर-आयनकारी सूक्ष्म तरंगों (Microwaves, $\approx 2.45\text{ GHz}$) का उपयोग होता है जो भोजन में मौजूद जल (और वसा/शर्करा) के द्विध्रुवीय अणुओं को तेजी से घुमाकर (Dielectric heating) ऊष्मा पैदा करती हैं; इसीलिए सूखे काँच या चीनी मिट्टी के बर्तन गर्म नहीं होते। कथन 2 सही है।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (c) केवल 2।

अभ्यास प्रश्न 11 • प्राथमिक रंग एवं पूरक रंग स्तर: वर्ण प्रकाशिकी

प्रश्न 11. यदि एक लाल गुलाब (Red rose) जिसकी पत्तियाँ हरी (Green leaves) हैं, को एक अंधेरे कमरे में विशुद्ध हरे रंग के एकवर्णी प्रकाश (Monochromatic green light) में देखा जाए, तो गुलाब का फूल और उसकी पत्तियाँ क्रमशः किस रंग की दिखाई देंगी?

सही उत्तर: (b) काला (Black) और हरी (Green)
व्याख्या: कोई अपारदर्शी वस्तु हमें उसी रंग की दिखती है जिस रंग के प्रकाश को वह परावर्तित करती है। लाल गुलाब केवल लाल प्रकाश को परावर्तित करता है और अन्य सभी रंगों को अवशोषित कर लेता है। जब उस पर केवल हरा प्रकाश डाला जाएगा, तो लाल पंखुड़ियाँ हरे प्रकाश को पूर्णतः अवशोषित कर लेंगी और कोई प्रकाश परावर्तित न होने से फूल काला (Black) दिखेगा, जबकि हरी पत्तियाँ हरे प्रकाश को परावर्तित कर हरी ही दिखेंगी।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (b) फूल काला और पत्तियाँ हरी दिखेंगी।

अभ्यास प्रश्न 12 • खगोलीय डॉप्लर प्रभाव एवं रेडशिफ्ट (Redshift) स्तर: ब्रह्मांडीय स्पेक्ट्रोस्कोपी

प्रश्न 12. सुदूर स्थित आकाशगंगाओं से आने वाले प्रकाश के वर्णक्रम में 'अभिरक्त विस्थापन (Redshift)' का प्रेक्षण क्या प्रमाणित करता है?

सही उत्तर: (d)
व्याख्या: प्रकाश में डॉप्लर प्रभाव तथा ब्रह्मांडीय विस्तार के कारण, जब कोई प्रकाश स्रोत प्रेक्षक से दूर जाता है, तो उसकी तरंगदैर्ध्य खिंचकर लंबी हो जाती है और दृश्य स्पेक्ट्रम के लाल सिरे (Red end — लंबी तरंगदैर्ध्य) की ओर खिसक जाती है, जिसे Redshift कहते हैं। (यदि पिंड पास आ रहा हो तो तरंगदैर्ध्य घटकर Blueshift दिखाती है)।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (d) आकाशगंगाएँ हमसे दूर जा रही हैं और ब्रह्मांड फैल रहा है।

अभ्यास प्रश्न 13 • AstroSat एवं XPoSat अंतरिक्ष वेधशालाएँ स्तर: भारत की अंतरिक्ष प्रकाशिकी

प्रश्न 13. ISRO की अंतरिक्ष वेधशालाओं 'AstroSat' और 'XPoSat' के संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए: 1. AstroSat भारत की पहली समर्पित बहु-तरंगदैर्ध्य (Multi-wavelength) अंतरिक्ष वेधशाला है जो दृश्य प्रकाश, पराबैंगनी (UV) और एक्स-किरण बैंडों में एक साथ खगोलीय पिंडों का प्रेक्षण करने में सक्षम है। 2. वर्ष 2024 में प्रक्षेपित XPoSat (X-ray Polarimeter Satellite) मुख्यतः सूर्य के अवरक्त (Infrared) विकिरण का अध्ययन करने के लिए लैग्रेंज बिंदु L2 पर स्थापित किया गया है। उपर्युक्त में से कौन-सा/से कथन सही है/हैं?

सही उत्तर: (b) केवल 1
व्याख्या: कथन 1 सही है। कथन 2 गलत है क्योंकि XPoSat पृथ्वी की निम्न कक्षा (LEO, $\approx 650\text{ km}$) में स्थापित किया गया है (L2 पर नहीं) और इसका उद्देश्य ब्लैक होल, न्यूट्रॉन तारों तथा पल्सर से निकलने वाली तीव्र एक्स-किरणों के ध्रुवण (X-ray Polarization) की डिग्री और कोण का मापन करना है, न कि अवरक्त विकिरण का।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (b) केवल 1।

अभ्यास प्रश्न 14 • चंद्रयान-3 प्रज्ञान रोवर का 'LIBS' पेलोड स्तर: लेज़र स्पेक्ट्रोस्कोपी अनुप्रयोग

प्रश्न 14. चंद्रयान-3 के प्रज्ञान रोवर ने चंद्रमा के दक्षिणी ध्रुव के पास मिट्टी में सल्फर (गंधक) और अन्य तत्वों की उपस्थिति की पहली इन-सीटू पुष्टि करने के लिए 'LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscope)' का उपयोग किया। LIBS किस सिद्धांत पर कार्य करता है?

सही उत्तर: (a)
व्याख्या: LIBS (लेज़र-प्रेरित ब्रेकडाउन स्पेक्ट्रोस्कोपी) एक परमाणु उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीक है, जिसमें तीव्र लेज़र स्पंद द्वारा सूक्ष्म मात्रा में पदार्थ को वाष्पित कर प्लाज्मा बनाया जाता है; प्रत्येक रासायनिक तत्व प्लाज्मा से अपनी अनूठी स्पेक्ट्रमी रेखाएँ उत्सर्जित करता है।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (a) उच्च-ऊर्जा लेज़र स्पंद से प्लाज्मा बनाकर उत्सर्जित स्पेक्ट्रम का विश्लेषण।

अभ्यास प्रश्न 15 • समतल दर्पण एवं प्रतिबिंब संख्या स्तर: ज्यामितीय प्रकाशिकी

प्रश्न 15. समतल दर्पण (Plane Mirror) द्वारा प्रतिबिंब निर्माण के संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए: 1. 180 सेंटीमीटर लंबे किसी व्यक्ति को अपना सिर से पैर तक पूर्ण प्रतिबिंब देखने के लिए समतल दर्पण की न्यूनतम ऊँचाई कम-से-कम 90 सेंटीमीटर होनी चाहिए। 2. यदि दो समतल दर्पण एक-दूसरे से 90° के समकोण पर रखे हों, तो उनके बीच रखी किसी वस्तु के कुल 4 प्रतिबिंब दिखाई देंगे। उपर्युक्त में से कौन-सा/से कथन सही है/हैं?

सही उत्तर: (c) केवल 1
व्याख्या: कथन 1 सही है ($H_{\text{min}} = H_{\text{person}}/2 = 180/2 = 90\text{ cm}$)। कथन 2 गलत है क्योंकि सूत्र $N = \frac{360^\circ}{\theta} - 1$ के अनुसार $\theta = 90^\circ$ रखने पर $N = \frac{360^\circ}{90^\circ} - 1 = 4 - 1 = \mathbf{3\text{ प्रतिबिंब}}$ बनते हैं, 4 नहीं।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (c) केवल 1 (90° पर रखे दो दर्पणों के बीच 3 प्रतिबिंब बनते हैं)।

अभ्यास प्रश्न 16 • प्रकीर्णन एवं खतरे के सिग्नल स्तर: रैले का प्रकीर्णन नियम

प्रश्न 16. रेलवे और यातायात में 'खतरे के संकेत (Danger Signals)' के लिए लाल रंग के प्रकाश का ही चुनाव क्यों किया जाता है?

सही उत्तर: (d)
व्याख्या: रैले के नियम ($I \propto 1/\lambda^4$) के अनुसार लाल रंग की तरंगदैर्ध्य ($\approx 700\text{ nm}$) सर्वाधिक होने से उसका प्रकीर्णन सबसे कम होता है और वह बिना बिखरे कोहरे व धुएँ को पार कर सबसे दूर तक पहुँचता है।

उत्तर देखें

सही उत्तर: (d) सर्वाधिक तरंगदैर्ध्य के कारण न्यूनतम प्रकीर्णन।

9.2 संभावित मुख्य परीक्षा अभ्यास प्रश्न (Mains GS-III Practice Questions & Model Answers)

मुख्य परीक्षा अभ्यास प्रश्न 01 (आदर्श उत्तर सहित) 15 अंक • शब्द-सीमा: 250 शब्द

अभ्यास प्रश्न 1: "'निर्देशित ऊर्जा हथियार' (Directed Energy Weapons — DEWs) क्या हैं? कम लागत वाले ड्रोन झुंडों (Swarm Drones) के बढ़ते खतरे के विरुद्ध भारत की वायु रक्षा प्रणाली को सुदृढ़ करने में DRDO द्वारा विकसित 'Mk-II(A) लेज़र-DEW' प्रणाली के वैज्ञानिक सिद्धांत, सामरिक लाभों और परिचालन सीमाओं का परीक्षण कीजिए।" (250 शब्द, 15 अंक)

आदर्श उत्तर:

भूमिका: 'निर्देशित ऊर्जा हथियार' (DEWs) ऐसी उन्नत रक्षा प्रणालियाँ हैं जो पारंपरिक गतिज प्रक्षेप्यों (गोला-बारूद या मिसाइलों) के स्थान पर अत्यधिक केंद्रित विद्युतचुम्बकीय ऊर्जा—मुख्यतः उच्च-शक्ति लेज़र (High-Energy Lasers) या उच्च-शक्ति सूक्ष्म तरंगों (High-Power Microwaves)—का उपयोग कर शत्रु के लक्ष्यों को नष्ट या निष्क्रिय करती हैं। अप्रैल 2025 में DRDO (CHESS, हैदराबाद) ने भारत के स्वदेशी $30\text{ kW}$ 'Mk-II(A) लेज़र-DEW' का सफल परीक्षण कर भारत को अमेरिका, रूस, चीन व इज़राइल की श्रेणी में खड़ा कर दिया।

वैज्ञानिक सिद्धांत (Spectral Beam Combining): Mk-II(A) में अनेक फाइबर लेज़र चैनलों की किरणों को स्पेक्ट्रल बीम कंबाइनिंग (SBC) विवर्तन तकनीक से जोड़कर एक उच्च-तीव्रता का कला-संबद्ध लेज़र पुंज बनाया जाता है। इलेक्ट्रो-ऑप्टिक व रडार ट्रैकिंग से लक्ष्य पर केंद्रित होते ही यह किरण कुछ ही सेकंड में तीव्र तापीय ऊर्जा से ड्रोन के ढाँचे, वारहेड या ऑप्टिकल सेंसर को पिघलाकर नष्ट कर देती है।

ड्रोन झुंडों (Swarm Drones) के विरुद्ध सामरिक लाभ:

आर्थिक विषमता का समाधान: कुछ हजार रुपये के सस्ते ड्रोन को करोड़ों रुपये की मिसाइल से मारना आर्थिक रूप से घाटे का सौदा है; इसके विपरीत लेज़र DEW के एक प्रहार की लागत मात्र कुछ लीटर ईंधन के बराबर है।
प्रकाश की गति से तात्कालिक प्रहार: $3 \times 10^8\text{ m/s}$ की गति और तीव्र रोटेशन से यह एक साथ कई ड्रोनों के हमले (Multiple swarm attacks) को निष्फल कर सकता है।
असीमित गोला-बारूद व शून्य कोलेटरल क्षति: जब तक विद्युत आपूर्ति है, इसे लगातार दागा जा सकता है और विस्फोटक मलबे का जोखिम नहीं रहता।

परिचालन सीमाएँ: (i) घने कोहरे, वर्षा और धूल में वायुमंडलीय प्रकीर्णन व 'थर्मल ब्लूमिंग' से लेज़र ऊर्जा का क्षय; (ii) केवल सीधी दृष्टि-रेखा (Line-of-sight) तक सीमित होना; तथा (iii) भारी विद्युत शक्ति व क्रायो-शीतलन की आवश्यकता।

निष्कर्ष: लेज़र DEWs पारंपरिक मिसाइलों के प्रतिस्थापक नहीं, बल्कि भारत के बहु-स्तरीय वायु रक्षा कवच के एक अत्यंत किफायती और अपरिहार्य प्रथम-पंक्ति के पूरक हैं।

मुख्य परीक्षा अभ्यास प्रश्न 02 (आदर्श उत्तर सहित) 10 अंक • शब्द-सीमा: 150 शब्द

अभ्यास प्रश्न 2: "लद्दाख का हनले क्षेत्र (Hanle Dark Sky Reserve) भारत में बहु-तरंगदैर्ध्य और उच्च-ऊर्जा खगोल विज्ञान के सबसे प्रमुख केंद्र के रूप में क्यों उभरा है? हाल ही में वहाँ स्थापित 'MACE' वेधशाला की कार्य-प्रणाली और वैज्ञानिक महत्त्व को स्पष्ट कीजिए।" (150 शब्द, 10 अंक)

आदर्श उत्तर:

भूमिका: लद्दाख के चांगथांग पठार में स्थित हनले (Hanle — ऊँचाई $\approx 4,300\text{–}4,500\text{ m}$) को भारत का प्रथम 'डार्क स्काई रिज़र्व' घोषित किया गया है। अक्टूबर 2024 में परमाणु ऊर्जा विभाग (DAE/BARC) ने यहाँ एशिया की सबसे बड़ी और विश्व की सर्वाधिक ऊँचाई पर स्थित 'MACE' (Major Atmospheric Cherenkov Experiment) गामा-किरण दूरबीन स्थापित की है।

हनले की भौगोलिक एवं वायुमंडलीय अनुकूलता:

विरल वायुमंडल एवं न्यूनतम जलवाष्प: $4,300\text{ m}$ की ऊँचाई और हिमालय के वृष्टि-छाया क्षेत्र (Cold desert) में होने से यहाँ वायुमंडलीय नमी व एयरोसोल अत्यंत कम हैं, जिससे अवरक्त, प्रकाशीय और चेरेनकोव प्रकाश का अवशोषण न्यूनतम होता है।
शून्य प्रकाश प्रदूषण: मानव बस्तियों से दूर होने के कारण यहाँ वर्ष में $250+$ स्वच्छ मेघरहित रातें उपलब्ध होती हैं (यहाँ पहले से ही भारतीय खगोलीय वेधशाला — HCT, GROWTH-India और HAGAR स्थित हैं)।

MACE की कार्य-प्रणाली और महत्त्व: अंतरिक्ष से आने वाली अति-उच्च ऊर्जा ($>20\text{ GeV}$) गामा किरणें जब ऊपरी वायुमंडल से टकराती हैं, तो वे आवेशित कणों की बौछार उत्पन्न करती हैं जो वायु में प्रकाश की स्थानीय चाल से तेज़ चलकर नीली 'चेरेनकोव चमक' पैदा करती हैं। MACE का $21\text{ m}$ व्यास का परावर्तक इस सूक्ष्म चमक को पकड़कर सुपरनोवा, ब्लैक होल, पल्सर, ब्लेज़र (जैसे 2025 में 8 अरब प्रकाश-वर्ष दूर स्थित OP 313 ब्लेज़र का संसूचन) और डार्क मैटर के रहस्यों को उजागर करता है।

निष्कर्ष: हनले और MACE वेधशाला ने वैश्विक 'मल्टी-मैसेंजर खगोल विज्ञान' और खगोल-पर्यटन (Astro-tourism) में भारत को अग्रिम पंक्ति में स्थापित किया है।

अतिरिक्त मुख्य परीक्षा अभ्यास प्रश्न (03 एवं 04) अभ्यास हेतु उत्तर-संरचना

अभ्यास प्रश्न 3: "तांबे के तारों की तुलना में 'प्रकाशिक तंतु' (Optical Fibre) दूरसंचार और इंटरनेट अवसंरचना के लिए क्यों श्रेष्ठ हैं? इसके भौतिक सिद्धांत को समझाते हुए ग्रामीण भारत के डिजिटलीकरण (भारतनेट) और क्वांटम संचार में इसकी भूमिका स्पष्ट कीजिए।" (150 शब्द, 10 अंक)

उत्तर रूपरेखा: (1) भौतिक सिद्धांत: कोर ($n_1$) व क्लैडिंग ($n_2 < n_1$) के बीच पूर्ण आंतरिक परावर्तन (TIR) और WDM तकनीक; (2) तांबे के केबल पर श्रेष्ठता—अत्यधिक बैंडविड्थ, नगण्य सिग्नल क्षय (Low attenuation), शून्य विद्युतचुम्बकीय व्यतिकरण (EMI) और डेटा टैपिंग से सुरक्षा; (3) भारतनेट द्वारा 2.5 लाख+ ग्राम पंचायतों का संयोजन और C-DOT के क्वांटम कुंजी वितरण (QKD) की रीढ़।

अभ्यास प्रश्न 4: "विद्युतचुम्बकीय स्पेक्ट्रम के विभिन्न भागों (रेडियो, सूक्ष्मतरंग, अवरक्त, दृश्य, पराबैंगनी, एक्स-किरण एवं गामा किरण) का उपयोग भारत के अंतरिक्ष मिशनों (AstroSat, Aditya-L1, XPoSat, NISAR एवं GMRT) में किस प्रकार किया जा रहा है? उदाहरण सहित स्पष्ट कीजिए।" (250 शब्द, 15 अंक)

उत्तर रूपरेखा: (1) भूमिका: वायुमंडलीय अपारदर्शिता के कारण विभिन्न तरंगदैर्ध्य के लिए अंतरिक्ष व भू-आधारित वेधशालाओं का पूरक उपयोग; (2) मिशन-वार स्पेक्ट्रम मैपिंग—(i) रेडियो: पुणे का GMRT ($21\text{ cm}$ हाइड्रोजन लाइन व पल्सर); (ii) सूक्ष्मतरंग (L व S बैंड SAR): NISAR उपग्रह द्वारा बादलों को भेदकर भू-विरूपण व बाढ़ मानचित्रण; (iii) दृश्य व UV: आदित्य-L1 (VELC और SUIT पेलोड); (iv) बहु-तरंगदैर्ध्य (UV + X-Ray): AstroSat; (v) एक्स-किरण ध्रुवण: XPoSat; (vi) गामा किरण (अप्रत्यक्ष चेरेनकोव): MACE हनले; (3) निष्कर्ष: संपूर्ण स्पेक्ट्रम में भारत की आत्मनिर्भर प्रेक्षण क्षमता।

खंड 10

त्वरित पुनरावृत्ति: 22 सघन रिविज़न तथ्य एवं महत्त्वपूर्ण अंतर

विद्युतचुम्बकीय स्पेक्ट्रम (बढ़ती आवृत्ति व ऊर्जा का क्रम): रेडियो < सूक्ष्म तरंगें < अवरक्त (IR) < दृश्य प्रकाश (VIBGYOR) < पराबैंगनी (UV) < एक्स-किरणें < गामा किरणें ($\gamma$)।
निर्वात में सभी विद्युतचुम्बकीय तरंगों की चाल: समान ($c = 299,792,458\text{ m/s}$); ये अनुप्रस्थ तरंगें हैं और इनमें विद्युत व चुंबकीय क्षेत्र दोनों होते हैं (कोई विद्युत आवेश नहीं होता)।
माध्यम बदलने पर प्रकाश का अपरिवर्तित गुण: एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाने पर चाल और तरंगदैर्ध्य बदलते हैं, पर आवृत्ति ($\nu$) कभी नहीं बदलती।
ध्रुवण (Polarization): केवल अनुप्रस्थ तरंगों (प्रकाश) में होता है, ध्वनि तरंगों (अनुदैर्ध्य) में नहीं। उपयोग: पोलरॉइड धूप के चश्मे, 3D फिल्म चश्मे, LCD स्क्रीन।
अवतल दर्पण के उपयोग: दंत चिकित्सक/ENT दर्पण, शेविंग दर्पण, कार की हेडलाइट, टॉर्च, सर्चलाइट और सौर कुकर।
उत्तल दर्पण के उपयोग: वाहनों का रियर-व्यू (साइड) दर्पण, तीखे मोड़ों पर सुरक्षा दर्पण (सदैव सीधा, छोटा व विस्तृत दृष्टि-क्षेत्र वाला प्रतिबिंब)।
समतल दर्पण के नियम: पूर्ण प्रतिबिंब हेतु न्यूनतम ऊँचाई $= \text{व्यक्ति की ऊँचाई}/2$; $\theta$ कोण पर झुके दो दर्पणों में प्रतिबिंब $= \frac{360^\circ}{\theta} - 1$।
वायुमंडलीय अपवर्तन के उदाहरण: तारों का टिमटिमाना, वास्तविक सूर्योदय से 2 मिनट पहले व सूर्यास्त के 2 मिनट बाद तक सूर्य दिखना, पानी में सिक्के/मछली का ऊपर उठा दिखना।
पूर्ण आंतरिक परावर्तन (TIR) की शर्तें: (1) प्रकाश सघन से विरल माध्यम में जाए; (2) आपतन कोण क्रांतिक कोण से बड़ा हो। उदाहरण: हीरे की चमक ($\theta_c \approx 24.4^\circ$), मरीचिका, ऑप्टिकल फाइबर, एंडोस्कोपी।
इंद्रधनुष (UPSC 2013): अपवर्तन + वर्ण-विक्षेपण + आंतरिक परावर्तन; सदैव सूर्य के विपरीत बनता है।
रैले प्रकीर्णन ($I \propto 1/\lambda^4$): आकाश का नीला दिखना, सूर्योदय/सूर्यास्त पर सूर्य का लाल दिखना और खतरे के सिग्नल लाल होना।
व्यतिकरण (Interference): साबुन के बुलबुले और पानी पर तेल की पतली परत का रंगीन दिखना, होलोग्राफी।
पानी में हवा का बुलबुला: दिखता उत्तल है, पर व्यवहार अवतल (अपसारी) लेंस जैसा करता है।
दृष्टि दोष एवं लेंस: मायोपिया (निकट-दृष्टि) $\rightarrow$ अवतल लेंस ($-D$); हाइपरमेट्रोपिया (दूर-दृष्टि) $\rightarrow$ उत्तल लेंस ($+D$); प्रेसबायोपिया $\rightarrow$ बाइफोकल लेंस; एस्टिग्मैटिज्म $\rightarrow$ बेलनाकार लेंस।
लेंस की क्षमता का मात्रक: डायोप्टर ($\text{Dioptre}, P = 1/f\text{ (मीटर में)}$)।
सोडियम लैंप बनाम LED लैंप (UPSC 2021): सोडियम लैंप $360^\circ$ में एकवर्णी पीला प्रकाश देते हैं; LED लैंप दिशात्मक होते हैं, विस्तृत रंग स्पेक्ट्रम देते हैं और उनकी आयु सोडियम लैंप से अधिक होती है।
LiFi (Light Fidelity — UPSC 2016): LED दृश्य प्रकाश से उच्च-गति वायरलेस डेटा संचरण; WiFi से बहुत तेज़, पर अपारदर्शी दीवारों को पार नहीं कर सकता।
लेज़र (LASER) का सिद्धांत: उद्दीपित उत्सर्जन (Stimulated Emission) व जनसंख्या प्रतिलोमन; गुण: कला-संबद्ध (Coherent), एकवर्णी, दिशात्मक।
DRDO का Mk-II(A) Laser-DEW (2025–2026): CHESS (हैदराबाद) द्वारा विकसित $30\text{ kW}$ का स्पेक्ट्रल बीम कंबाइनिंग लेज़र हथियार (परास $\approx 5\text{ km}$); स्वार्म ड्रोनों को कुछ सेकंड में नष्ट करने में सक्षम।
MACE वेधशाला (हनले, लद्दाख): $4,300\text{ m}$ की ऊँचाई पर विश्व की सबसे ऊँची इमेजिंग चेरेनकोव गामा-किरण दूरबीन (BARC द्वारा निर्मित)।
AstroSat एवं XPoSat: AstroSat = भारत की पहली बहु-तरंगदैर्ध्य वेधशाला; XPoSat (2024) = एक्स-किरण ध्रुवण (X-ray polarization) मापने वाला भारत का पहला उपग्रह।
चंद्रयान-3 का 'LIBS' पेलोड: लेज़र स्पंद से चंद्र मृदा को प्लाज्मा में बदलकर उत्सर्जित स्पेक्ट्रम से सल्फर व अन्य तत्वों की इन-सीटू पहचान।

खंड 11

प्रामाणिक संदर्भ एवं आधिकारिक स्रोत सूची

संघ लोक सेवा आयोग (UPSC) — आधिकारिक पूर्व प्रश्नपत्र (Prelims 2013, 2016, 2021 एवं Mains GS-III 2021): https://www.upsc.gov.in/examinations/previous-question-papers (सत्यापन तिथि: 01 नवंबर 2026)।
रक्षा मंत्रालय / पत्र सूचना कार्यालय (PIB) — DRDO की उन्नत वायु रक्षा एवं लेज़र-निर्देशित ऊर्जा हथियार प्रणालियाँ (2025–2026): https://www.pib.gov.in/PressReleasePage.aspx?PRID=2288840 (सत्यापन तिथि: 01 नवंबर 2026)।
भारतीय ताराभौतिकी संस्थान (IIA) एवं परमाणु ऊर्जा विभाग (DAE/BARC) — हनले डार्क स्काई रिज़र्व एवं MACE चेरेनकोव गामा-किरण वेधशाला: https://www.iiap.res.in/ (सत्यापन तिथि: 01 नवंबर 2026)।
भारतीय अंतरिक्ष अनुसंधान संगठन (ISRO) — AstroSat, XPoSat एवं चंद्रयान-3 LIBS पेलोड: https://www.isro.gov.in/ (सत्यापन तिथि: 01 नवंबर 2026)।
NCERT भौतिकी (कक्षा XII — भाग 2: अध्याय 8 'विद्युतचुम्बकीय तरंगें', अध्याय 9 'किरण प्रकाशिकी एवं प्रकाशिक यंत्र' तथा अध्याय 10 'तरंग प्रकाशिकी'): https://ncert.nic.in/textbook.php (सत्यापन तिथि: 01 नवंबर 2026)।

अंतर-अध्याय संदर्भ (Cross-Chapter References): लेज़र इंटरफेरोमीटर (LIGO) व रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी अध्याय 01 में; गुरुत्वीय लेंसिंग अध्याय 02 में; अवरक्त ऊष्मीय विकिरण अध्याय 03 में; ध्वनि व विद्युतचुम्बकत्व आगामी अध्याय 05 में; ऑप्टिकल फाइबर व 5G/6G नेटवर्क अध्याय 26 में तथा फोटोनिक्स व MEMS अध्याय 45 में सम्मिलित हैं।