Lāzera darbības princips: iezīmes lāzera starojuma

Pirmais rīcības princips lāzera, kas ir balstīta uz fizikas Planck 's radiācijas likumu, teorētiski, Einšteins 1917. bija pamatota. Viņš raksturoja absorbciju, spontāni un stimulēts elektromagnētisko starojumu, izmantojot varbūtības koeficientus (Einšteina koeficientus).

Trailblazers

Teodor Meyman bija pirmais, lai pierādītu, ka darbības princips par rubīna lāzers, kas balstās uz optisko sūknēšanas izmantojot flash lampas sintētisko ruby, rada starojums ar viļņa garumu no 694 nm.

In 1960, irāņu zinātnieki Javas un Bennett radīja pirmos gāzes lāzeri, izmantojot maisījumus viņš un Ne gāzu proporcijā 1:10.

In 1962, R. N. Hall padara pirmo diožu lāzera izgatavots no gallija arsenīda (GaAs), izdalot ar viļņa garumu 850 nm. Vēlāk tajā pašā gadā, Niks Golonyak izstrādāja pirmo pusvadītāju kvantu ģenerators redzamās gaismas.

Ierīce un lāzeri princips

Katrs lāzera sistēma ietver aktīvu vidēja optiski novieto starp pāris paralēlu un ļoti atspoguļojot spoguļi, no kuriem viens ir caurspīdīgs un enerģijas avotu sūknēšanas to. Kā iegūt medijs var darboties kā cietā, šķidrā vai gāzes, kas ir spēja paplašināt amplitūdu gaismas viļņa, kas iet caur to iekšēji ar elektrisko vai optisko sūknēšanas starojumu. Viela atrodas starp pāra spoguļiem tā, ka gaisma atspoguļo pie viņiem katru reizi, kad iet caur to un, sasniedzot ievērojamu pieaugumu, iekļūst pusi spoguli.

duplex vide

Apsveriet par lāzera darbības princips ar aktīvu vidē, kuru atomi ir tikai divas enerģijas līmeni: E satraukti E ₂ un bāzes _1. Ja atomi, izmantojot jebkuru sūknēšanas mehānisma (optical, elektrības izlādes strāva vai caurlaidības elektronu bombardēšanu) ir satraukti valsts E _2, pēc dažiem nanoseconds tie atgriežas pie pamata stāvoklī, izstaro enerģijas fotoniem hν = E ₂ - E _1. Saskaņā ar Einšteina teoriju, emisijas tiek ražots divos dažādos veidos: vai nu tā ir izraisīta ar fotonu, vai arī tas notiek spontāni. Pirmajā gadījumā, stimulē emisijas notiek, un otrais - spontāni. Pie termiskā līdzsvarā, varbūtība stimulētu emisiju, ir daudz zemāka nekā spontāni (1:10 ^{33), tā,} ka lielākā daļa parastie neatbilstīga gaismas avotu, un ģenerē starojumu ir iespējams nosacījumiem, izņemot siltuma līdzsvaru.

Pat ar ļoti spēcīgu sūknēšana iedzīvotāju līmeņa sistēmās var veikt tikai vienādi. Tādēļ, lai sasniegtu populācijas inversiju vai citu optisko sūknēšanas metode prasa trīs vai četru līmeņu sistēmu.

daudzpakāpju sistēma

Kāda ir trīs līmeņu lāzeru princips? Ar intensīvu gaismas frekvences apstarošanas ν ₀₂ sūkņi veido lielu atomu skaitu no zemākās enerģijas līmenis E ₀ un augšējā E _2. Radiationless pāreja ar atomiem E ₂ E ₁ izveido iedzīvotāju inversija starp E ₁ un E _0, kas praktiski ir iespējama tikai tad, kad atomi ilgu laiku metastabilā valsts E _1, un pāreja no E _1. līdz E ₂ strauji notiek. Darbības princips trīs līmeņu lāzers ir šādos apstākļos, tā ka starp E ₀ un E _1, populācija inversijas tiek sasniegts un tiek papildināts fotonu enerģiju E ₁ -E ₀ stimulētu izstarojumu. Plašākā mērogā E _2, varētu palielināt absorbcijas viļņa garuma diapazonu, lai efektīvāk sūknis, kā rezultātā izaugsme stimulētās emisijas.

Trīs līmeņu sistēma prasa ļoti augstu sūknēšanas jauda kopš zemākā līmenī ir iesaistīti paaudzes, tas ir pamats. Šajā gadījumā, lai uz populācijas inversijas radās valsts E _1, kas sūknē vairāk nekā puse no kopējā skaita atomiem. Šajā gadījumā enerģija tiek izšķērdēta. Sūkņa jauda var ievērojami samazināt, ja zemākā neierosināta līmenis nav pamats, kas prasa vismaz četru līmeņu sistēmu.

Atkarībā no aktīvās vielas, lāzeri tiek klasificēti trijās pamatkategorijās, proti, cietā, šķidrā un gāzes. Kopš 1958. gada, kad pirmo reizi paaudze tika novērota rubīna, zinātnieki un pētnieki ir izpētījuši plašu materiālu katrā kategorijā.

cietvielu lāzeru

Operāciju ir balstīta uz aktīvās nesēja izmantošanu, kas ir izveidota, pievienojot izolējošas kristāla režģi pārejas metālu (Ti ^+3, Cr ^+3, V ^+2, Co ^+2, Ni ^+2, Fe ^{+ 2,} un tā tālāk. D.) , retzemju joniem (CE ^+3, Pr ^+3, Nd ^+3, Pm ^+3, Sm ^+2, Eu ^{+ 2, + 3,} Tb ^+3, dy ^+3, Ho ^+3, Er ^+3, Yb ⁺³ , et al.), un ka aktinīdi, piemēram, U ^+3. Par enerģijas līmeņi joniem, kas atbild tikai par paaudzei. Fizikālās īpašības pamatmateriāla, piemēram, siltuma vadītspēja un termiskās izplešanās , ir svarīgi, lai ar efektīvu darbību lāzeru. Atrašanās vieta režģis atomiem ap piedevām jonu maina savu enerģijas līmeni. Dažāda garuma viļņu paaudzes aktīvajā vidē, ir sasniegti dopinga dažādus materiālus pašā jonu.

holmijs lāzers

Kā piemēru var minēt of a solid-state lāzers ir kvantu ģenerators, kur holmijs atoms aizvieto pamatmateriāla uz kristāla režģi. Ho: YAG, ir viens no labākajiem neierosināta materiāliem. Darbības princips holmijs lāzeru ka itrija alumīnija granāta leģēti ar holmijs joniem, optiski sūknēts zibspuldzes lampas un izstaro pie viļņa garuma 2097 nm infrasarkanajā spektrā ir labi, ko absorbē audos. Izmantojiet šo lāzeru operāciju uz locītavām, zobu ārstēšana, iztvaicē vēža šūnas, nieru un žultsakmeņi.

Pusvadītāja quantum ģenerators

Kvantu arī lāzeri ir lēti, ļaujiet masveida ražošanu un ir viegli mērogojams. Darbības princips pusvadītāju lāzera , pamatojoties uz izmantošanu pn-diode krustojuma, kas ražo gaismu noteiktu viļņa garumu, ko rekombināciju pārvadātāja pie pozitīvu ievirzi, piemēram, LED. LED izstaro spontāni un lāzera diodes - compulsively. Lai izpildītu šo nosacījumu iedzīvotāju inversiju, darbības pašreizējais jāpārsniedz slieksni. Aktīvā medijs ar pusvadītāju diode ir skats uz savienojuma zonā divdimensiju slāņiem.

Par darbības šāda veida lāzeru princips ir tāds, ka, lai uzturētu svārstību nav nepieciešama ārējā spogulis. Atstarojošā Spēja, kas izveidots sakarā ar refrakcijas indeksa slāņiem un iekšējo pārdomu un aktīvā vidē, kas ir pietiekams, lai šim nolūkam. Beigu virsmas skaldīt diodes, kas nodrošina paralēlas atspoguļo virsmas.

Savienojums ar pusvadītāju materiāla un tā paša tipa veidojas sauc homojunction, kas izveidota, savienojot divas dažādas - heterojunction.

Semiconductors no p un n tipa ar augsta blīvuma nesēju veido p-n-krustojuma ar ļoti tievu (≈1 mm) vājinātā slāni.

gāzes lāzeru

Par darbību un izmantošanu šāda veida lāzera princips ļauj veidot ierīces, kas praktiski jebkuras jaudas (no milivatiem līdz megavatiem) un viļņa garumu (no ultravioleto infrasarkano), un var darboties impulsa un nepārtraukti veidiem. Pamatojoties uz dabu aktīvās mediju, ir trīs veidu gāzes lāzeri, proti atomu, jonu un molekulu.

Lielākā daļa gāzes lāzeri sūknē ar elektrisko izlādi. Elektroni izlādes caurulītē, paātrināja elektriskā lauka starp elektrodiem. Tie saduras ar atomiem, joniem vai molekulām aktīvās nesēja un izraisīt pāreju uz augstāku enerģijas līmeņos, lai sasniegtu stāvokli populācijas inversijas un stimulētu izstarojumu.

molekulārais laser

Lāzera darbības princips balstās uz to, ka, atšķirībā no izolētu atomu un jonu atomu un jonu lāzeri molekulas piemīt plašas enerģijas joslas diskrētu enerģijas līmeni. Turklāt katram elektronu enerģijas līmenis ir liels skaits vibrāciju līmeni, un tie savukārt - maz rotācijas.

Enerģiju starp elektronu enerģijas līmeni ir UV un redzamās spektra, kamēr starp svārstību-rotācijas līmeņos - no tuvu un tālu infrasarkanā reģioniem. Tādējādi lielākā daļa no molekulārās lāzeriem strādā attālu vai tuvu-infrasarkanā reģioniem.

Eksimeru lāzeri

Excimers ir tādas molekulas kā ARF, KRF, XeCl, kuras ir sadalītas stabilas zemes stāvokli un pirmā līmeņa. Par darbības lāzeru nākamā princips. Raksturīgi, numuru pamatstāvoklī molekulu ir mazs, tāpēc tieši sūknēšanas no zemes valsts nav iespējama. Molekulas veidojas pirmajā ierosinātā elektroniskā stāvoklī ar savienojuma ar augstu enerģijas halogenīdi ar inertu gāzi. Iedzīvotāju inversija ir viegli sasniegt, jo molekulu skaits pie pamata līmenī ir pārāk zems, salīdzinot ar satraukti. Lāzera darbības princips, īsi sakot, ir pāreja no saistoši satraukti elektroniskā stāvokļa uz zemes valsts Disociatīvās. Par zemes valsts iedzīvotāji vienmēr ir zemā līmenī, jo šajā brīdī molekula sadalās atomos.

Aparāts un lāzeri princips veido ar to, ka izlādes caurule ir piepildīta ar maisījumu halogenìda (F ₂₎ un retu gāzei (AR). Ar tajā elektroni nošķirt un jonizē halogenīdu molekulas un izveidot negatīvos jonus. Pozitīvie joni Ar ⁺ un negatīvs F ^- reaģē un ražot ARF molekulas pirmajā ierosinātā stāvoklī, kas saistīts ar sekojošu pāreju uz bāzes valsts atgrūdošu un paaudzes starojumam. Eksimēru lāzera, tad darbības princips un lietošana, kuru mēs pašlaik izskatām, varētu izmantot, lai sūknēšanas aktīvā vidē ar krāsu.

šķidrums lāzers

Salīdzinājumā ar cietām vielām, šķidrumiem ir viendabīgi un ir augstāks blīvums aktīvo atomiem, salīdzinājumā ar gāzēm. Bez tam, tie nav grūti ražot, kas ļauj ērti siltuma izkliedēšanu, un to var viegli nomainīt. Darbības lāzera princips tiek izmantots kā iegūt vidēja organisko krāsvielas, piemēram, DCM (4-dicyanomethylene-2-metil-6-p- dimethylaminostyryl-4H-pyran), Rhodamine, stiril, LDS, kumarīns, stilbēna, un tamlīdzīgi. D ., izšķīdina piemērotā šķīdinātājā. A solution no krāsošanas molekulām ir satraukti ar starojumu, kura viļņu garums ir laba absorbcijas koeficientu. Lāzera darbības princips, īsi sakot, ir radīt pēc ilgāka viļņa garumu, ko sauc par fluorescenci. Atšķirība starp enerģiju absorbē un raidītos fotoni izmanto nonradiative enerģijas pārejas un silda sistēmu.

Plašāks josla fluorescences šķidrumu lāzeriem ir unikāla iezīme - viļņu garuma regulēšanas. Par darbību un izmantošanu šāda veida kā noskaņošanas lāzeru un saskaņotā gaismas avotu princips, kļūst arvien svarīgāka spektroskopijā, hologrāfija, un biomedicīnas lietojumiem.

Nesen lāzeri tiek izmantoti krāsošanai izotopu atdalīšanai. Šajā gadījumā, lāzera selektīvi satraukt viens no tiem, pamudinot sākt ķīmisko reakciju.