Princip laserske akcije: karakteristike laserskog zračenja

bilo opravdano prvi princip djelovanja lasera, koja se temelji na fizici zakona zračenja Plankove, u teoriji, Einstein 1917. godine. On je opisao apsorpciju, spontana i stimulirana elektromagnetskog zračenja pomoću vjerojatnost koeficijenata (Einstein koeficijenti).

Trailblazers

Teodor Meyman je prva koja je pokazala princip djelovanja laserskog rubin, na osnovu optičkog pumpanja koristite blic lampa sintetički rubin, stvara koherentno zračenje talasne dužine od 694 nm.

1960. godine, iranski naučnici Javan i Bennett napravio prvi plinski laseri koriste mješavine On i Ne gasova u omjeru 1:10.

1962. godine, R. N. Hall čini prvi diodni laser napravljen od galij arsenid (GaAs), emituje na valnoj duljini 850 nm. Kasnije te iste godine, Nick Golonyak razvio prvi poluvodiča kvantni generator vidljive svetlosti.

Uređaja i princip lasera

Svaki laserski sistem uključuje aktivni medij optički postavljen između para paralelnih i visoko odražava ogledala, od kojih je jedan proziran, i izvor energije za pumpanje to. Kao pojačanje medij može djelovati kao čvrstom, tečnom ili gas, koji imaju sposobnost da pojača amplitude svetlosti vala prolazi kroz nju iznutra s električnim ili optičkog pumpanja zračenja. Supstanca se nalazi između par ogledala tako da svjetlo odražava na njih svaki put prolazi kroz njega i, nakon što je postignut značajan porast, prodire u pola ogledalo.

duplex okruženje

Uzmite u obzir princip laserske akcije sa aktivnim medij čiji atomi imaju samo dva nivoa energije: E uzbuđeni E ₂ i baze _1. Ako atomi preko bilo pumpanja mehanizam (optički, električni struja pražnjenja ili prozirnosti elektrona bombardovanja) su uzbuđeni da država E _2, u nekoliko nanosekundi se vrate u osnovni položaj, zrači energijom fotona hν = E ₂ - E _1. Prema Einsteinova teorija, emisija se proizvodi u dva različita načina: ili je izazvana fotona, ili se dogodi spontano. U prvom slučaju, stimulirana emisija javlja i drugi - spontano. U termičkoj ravnoteži, verovatnoća stimuliranom emisijom je znatno niža od spontanog (1:10 ^33), tako da je većina konvencionalnih nepovezan izvora svjetlosti, a lasernim je moguće u osim termalne ravnoteže uvjetima.

Čak i sa vrlo jakim sistema crpne stanovništvo nivou mogu biti jednaki samo. Stoga, da bi se postigla inverzija stanovništva ili na neki drugi način optički pumpanja zahtijeva sistem tri ili četiri nivoa.

multi-level sistem

Koji je princip laser tri nivoa? Zračenja intenzivne svjetlosti frekvencije ν ₀₂ pumpe se veliki broj atoma iz najnižeg nivoa energije E ₀ i E ₂ gornjeg je. Radiationless prelazak sa atomima E ₂ e ₁ uspostavlja inverzije naseljenosti između E ₁ i E _0, što u praksi je moguće samo kada se atomi su dugo vremena u metastabilno državi E _1, i prelazak iz E ₁ e ₂ brzo javlja. Princip rada laserskih na tri nivoa je u ovim uvjetima, tako da je između E ₀ i E _1, populacijsku inverziju se postiže i pojačava fotona E ₁ -E ₀ stimulirana emisija. Širem nivou E ₂ može povećati opseg apsorpcije talasne dužine da efikasnije pumpa, što je rezultiralo rastom stimulisanih emisije.

Tri nivoa sistem zahtijeva veoma visok pumpanje snage od nižeg nivoa, su uključeni u proizvodnju, to je baza. U ovom slučaju, kako bi se inverzije stanovništvo palo na državnom E ₁ koji se upumpava više od polovine ukupnog broja atoma. U ovom slučaju, energija se rasipa. Moć pumpa se može znatno smanjiti ako ne u bazi, što zahtijeva barem sistema četiri nivoa donji lasernim nivou.

Ovisno o prirodi aktivne supstance, laseri se svrstati u tri osnovne kategorije, naime čvrstim, tečnim i plina. Od 1958. godine, kada je uočena prva generacija u rubin kristala, naučnici i istraživači su proučavali širok spektar materijala u svakoj kategoriji.

solid-state laser

Operacija se zasniva na korištenju aktivnog medij koji se formira dodavanjem izolacijskog kristalne rešetke u tranziciji metala (Ti ^+3, Cr ^3, V ^2, Co ^+2, Ni ^+2, Fe ^2, i tako dalje D.). , Rare Earth joni (Ce ^+3, Pr ^+3, Nd ^3, Pm ^+3, Sm ^2, Eu ^{+ 2, + 3,} Tb ^+3, Dy ^3, Ho ^+3, Er ^+3, Yb ⁺³ , i dr.), a aktinide kao što su u ^+3. Energiju nivoi jona odgovorna samo za generacije. Fizička svojstva osnovnog materijala, kao što su termalna provodljivost i termičkog širenja su važni za efikasan rad lasera. Lokacija rešetke atoma oko dopirani ion menja nivo energije. Različite dužine generacije vala u aktivnoj medij se postiže doping različite materijale u istom ion.

holmium laser

Primjer solid-state laser je kvantni generator, u kojem holmium atom zamjenjuje osnovni materijal kristalne rešetke. Ho: YAG je jedan od najboljih lasernim materijala. Princip rada lasera holmium je da itrijum aluminij granat dopirani s holmium iona, optički koju pumpa bljeskalice i emituje na talasnoj dužini od 2097 nm u infracrvenom području dobro apsorbira u tkiva. Koristite ovaj laser za operacije na zglobovima, stomatološki tretman, da ispari ćelije raka, bubrega i žučnog kamenca.

A poluvodiča kvantni generator

Quantum i laseri su jeftini, omogućavaju masovnu proizvodnju i lako skalabilne. Princip rada lasera poluvodiča zasniva na upotrebi pn-diode spoju, koja proizvodi svjetlost određene valne duljine do rekombinacije nosača na pozitivno odstupanje, kao što je LED. LED emituju spontano i laserske diode - kompulzivno. Da bi se ispunili inverzije stanje stanovništva, radna struja bi trebala prelaziti prag. Aktivni medij u poluvodiča dioda ima pogled na području priključka dvodimenzionalnih slojeva.

Princip rada ovog tipa lasera je da za održavanje oscilacije nije potrebna vanjski retrovizor. Refleksivne sposobnost, nastalih zbog na indeks prelamanja slojeva i unutrašnje odraz aktivne medij, je dovoljna za tu svrhu. Krajem površine prionuti diode koja pruža paralelno odražava površina.

Kompleksa formira poluvodiča materijal istog tipa se zove homojunction, kako je utvrđeno spajanjem dva različita - Heterojunction.

Elektroničke komponente p i n tipa sa visokim gustoće nosilaca formiraju p-n-spoju s vrlo tankim (≈1 mm) osiromašeni sloj.

laser gas

Princip rada i korištenja ove vrste laser omogućuje da se stvori uređaje praktično bilo kojem svojstvu (od mW megavata) i talasnih dužina (od ultraljubičastog do infracrvenog) i može raditi u pulsirajuće i kontinuirano režima. o prirodi aktivnog medija na bazi, postoje tri vrste gasa lasera, naime atomske, jonski i molekularne.

Većini benzinskih laseri ispumpava električnim pražnjenjem. Elektrona u cijevi pražnjenja se ubrzano električnog polja između elektroda. Sudaraju sa atomima, jona ili molekula aktivnog srednje i izazvati prelazak na viši nivo energije kako bi se postigla stanje inverzija populacije i stimulirani emisija.

molekularne laser

Princip laser akcija se zasniva na činjenici da je, za razliku od izoliranih atoma i iona u atomskim i ion lasera molekule posjeduju širok energije bendova diskretnih nivoa energije. Osim toga, svaki nivo elektron energije ima veliki broj vibracijskog nivoa, a oni zauzvrat - nekoliko rotacije.

Energije između energetskih nivoa elektrona je u UV i vidljive područjima spektra, dok između vibratorno-rotacije nivoa - u daleko i blizu infracrvenog područja. Dakle, većina molekularne lasera koji rade u dalekoj ili blizu infracrvenog područja.

excimer laseri

Excimers takvih molekula kao ARF, Krf, XeCl, koje su podijeljene stabilno tlo države i prvi nivo. Princip rada lasera sledeći. Tipično, broj u osnovnom stanju molekula je mala, tako da je direktno pumpanje iz osnovnog stanja nije moguće. Molekula formirana u prvom uzbuđeni elektronsko stanje za ukupnu imaju visoku energetsku halogenida inertnim gasovima. Populacijsku inverziju se lako postiže, jer je broj molekula u osnovnom nivou je prenizak, u poređenju sa uzbuđena. Princip laserske akcije, ukratko, za tranziciju iz vezani uzbuđen elektronsko stanje u osnovno stanje disocijativni. Stanovništva u osnovno stanje je uvijek na niskom nivou, jer u ovom trenutku molekula disocira u atome.

Princip aparata i laseri sastoji se u tome što se cijev pražnjenje je ispunjen mješavinom halida (F ₂₎ i rijetke plin (Ar). Elektrone u to ograditi i jonizovati halogena molekule i stvaraju negativne jone. Pozitivnih jona Ar ⁺ i negativne F ^- reaguju i proizvode Arf molekule u prvom pobuđenom stanju u vezi sa kasnijim tranziciju u bazu države odbija i stvaranje koherentnih zračenja. Ekscimerski laser, princip djelovanja i upotrebe koje se sada razmatra, može se koristiti za pumpanje aktivnog medij boje.

tečnost laser

U poređenju sa materije, tečnosti su homogena i imaju veću gustoću aktivnih atoma, u poređenju sa gasovima. Pored toga, oni nisu teško proizvesti, omogućuje jednostavno rasipanje topline i može se lako zamijeniti. Princip djelovanja lasera se koristi kao dobitak medij organske boje, kao što su DCM (4-dicyanomethylene-2-metil-6-p dimethylaminostyryl-4H-piran), rodamin, styryl, LDS, kumarin, stilbene, i sl. D ., otopljeni u odgovarajućem otapala. A rješenje boje molekula je uzbuđen zbog zračenja čiji valne duljine ima dobar koeficijent apsorpcije. Princip laserske akcije, ukratko, je da se stvori na duže valne duljine, zove fluorescencija. Razlika između energije apsorbira i emituje fotona koristi neradijativnih energije prelaze i zagrijava sistema.

Širi bend fluorescencija tečnost lasera ima jedinstvenu funkciju - talasne dužine tuning. Princip rada i upotrebe ovog tipa kao i podesivi laser i koherentan izvor svetlosti, postaje sve važnija u spektroskopije, holografija, i u biomedicinskim aplikacijama.

Nedavno, laseri se koriste za bojenje za odvajanje izotopa. U ovom slučaju, laser selektivno uzbuditi jedan od njih, što je dovelo pokrenuti hemijske reakcije.