Принципот на ласерски акција: карактеристики на ласерско зрачење

Првиот принцип на дејствување на ласер, која е базирана на физиката на зрачење закон Планк, во теорија, Ајнштајн во 1917 година била оправдана. Тој што е опишано на апсорпција, спонтано и стимулирана електромагнетно зрачење користење на веројатност коефициент (Ајнштајн коефициенти).

Trailblazers

Теодор Meyman беше првиот да се покаже на принципот на акција на рубин ласерски, врз основа на оптички транспорт на користење на блицот синтетички рубин, генерира кохерентна зрачење со бранова должина од 694 nm.

Во 1960 година, иранските научници Јаван и Бенет создаде првиот ласери гас со користење на мешавини на Тој и Ne гасови во сооднос 1:10.

Во 1962 година, Н. Р. сала прави прв диоди ласерски направен од галиум арсенид (GaAs), кои емитуваат на бранова должина од 850 nm. Подоцна истата година, Ник Golonyak разви првиот полупроводници квантната генератор на видлива светлина.

Уредот и принципот на ласери

Секој ласерски систем вклучува активен медиум оптички поставен помеѓу еден пар на паралелни и високо одраз огледала, од кои еден е проѕирен, и извор на енергија за пумпање. Како медиум за профит може да дејствува како цврсти, течни или гас, кои имаат способност да се засили на амплитудата на светлосниот бран што минува низ неа внатрешно со електрични или оптички транспорт зрачење. Супстанцата се става помеѓу еден пар на огледала, така што светлината се гледа на нив секој пат поминува низ неа, и ја постигнаа значителен пораст, навлегува во огледало половина.

дуплекс средина

Размислете за принципот на ласерски акција со активен медиум, чии атоми имаат само две енергетски нивоа: Е возбудени E ₂ и база _1. Ако атоми преку било кој механизам транспорт (оптички, електрични празнење тековната или пренесување на електрони бомбардирање) се возбудени во состојба Е _2, во неколку Nanoseconds ќе се вратат на основната позиција, зрачи енергетски фотони hν = E ₂ - B _1. Според теоријата на Ајнштајн, емисијата е произведен во два различни начини: или е предизвикана со фотон, или тоа се случува спонтано. Во првиот случај, поттикнати од емисиите се случува, а вториот - спонтани. На топлинска рамнотежа, веројатноста на стимулирана емисија е многу пониска од спонтан (1:10 ^33), така што повеќето конвенционални неповрзан извори на светлина, и lasing е можно во услови различни од термичка рамнотежа.

Дури и со многу силна системи Транспорт населението ниво може да се направи само еднакви. Затоа, за да се постигне инверзија на популацијата или друг метод оптички транспорт бара систем на три или четири ниво.

систем за мулти-ниво

Што е принципот на ласерски три-ниво? Зрачење на интензивна светлина на фреквенцијата ν ₀₂ пумпи до голем број на атоми од најниско ниво на енергија E ₀ и Е ₂ од горниот. Radiationless транзиција со атоми Е ₂ до E ₁ воспоставува инверзија населението помеѓу Е ₁ и E _0, што во пракса е можно само кога атомите се долго време во метастабилна државата E _1, и преминот од Е ₁ до E ₂ случува брзо. принципот на работа на ласерски три нивоа е во овие услови, така што меѓу ₀ и E E _1, инверзија на населението се постигнува и е засилена фотон енергија E ₁ -Е ₀ стимулирана емисија. Пошироко ниво E ₂ може да се зголеми опсегот на апсорпција бранова должина за поефикасно пумпа, што резултира со раст на стимулирана емисија.

Три нивоа систем бара многу висока транспорт власт од пониско ниво, се вклучени во производството, тоа е база. Во овој случај, со цел да се инверзија населението се случи на државата E ₁ да се фрли повеќе од половина од вкупниот број на атоми. Во овој случај, на енергија се потроши. енергија на пумпата може да биде значително намалена ако долниот lasing ниво не е на база, која бара најмалку систем со четири нивоа.

Во зависност од природата на активната супстанција, ласери се класифицираат во три основни категории, имено цврсти, течни и гас. Од 1958 година, кога првата генерација е забележан во рубин кристално, научници и истражувачи ги проучувале широк спектар на материјали во секоја категорија.

солидна држава ласерски

На работа се базира на употребата на активен медиум кој е формирана со додавање на изолационен кристално решетки преоден метал (Ti ^+3, Cr ^+3, V ^+2, Co ^+2, Ni ^+2, Fe ^+2, и така натаму. D.) , ретки земјата јони (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.), и актиниди како што U ^+3. нивото на енергија на јоните одговорен само за генерација. Физички својства на база на материјал, како што се на топлинска спроводливост и термичка експанзија се важни за ефикасно функционирање на ласер. Локација решетки од атоми околу смешан јонски менува својата нивото на енергија. Различни должини на генерација бран во активен медиум се постигне со допинг различни материјали во истиот јон.

холмиум ласерска

Еден пример на цврста состојба ласерски е квантен генератор, назначена со тоа, холмиум атом заменува на база на материјал на кристално решетки. Ho: YAG е еден од најдобрите lasing материјали. принципот на работа на ласерски холмиум е дека итриум алуминиум гранат смешан со холмиум јони, оптички пумпа со ФЛЕШ LAMP и емитува на бранова должина од 2097 nm во инфрацрвена спектар добро се апсорбира од страна на ткивата. Користете го ова за ласерски операции на зглобовите, стоматолошки третман, да vaporize клетките на ракот, бубрезите и жолчни камења.

Полупроводничката квантната генератор

Квантната и ласери се скапи, им овозможи масовно производство и се лесно скалабилни. Принципот на работа на ласерски полупроводници , базирани на употребата на PN-диоди раскрсницата, која произведува светлина на одредена бранова должина од рекомбинација на превозникот во позитивна пристрасност, како и LED диоди. LED емитуваат спонтано и ласерски диоди - компулсивно. За да се исполни инверзија на состојба на населението, оперативни струја треба да надминува прагот. Активната медиум во полупроводничка диода има поглед на областа за поврзување на две-димензионални слоеви.

Принципот на работа на овој тип на ласер е дека за одржување на осцилации не е потребен надворешен ретровизор. Мисловните способности, создадени како резултат на рефракција индекс слоеви и внатрешна рефлексија на активната медиум, е доволно за оваа намена. крајот површини прилепи диоди која обезбедува паралелно рефлектирачки површини.

На соединение формирана од страна на полупроводнички материјал од ист вид се нарекува homojunction, како што е утврдено од страна на поврзување на два различни - heterojunction.

Полупроводници од p и n тип со висока густина на носители формираат p-n-спој со многу тенок (≈1 mm) осиромашен слој.

гас ласер

Принципот на работа и користење на овој тип на ласер го прави возможно да се создаде уреди од буквално секој капацитет (од миливати на мегавати) и бранови должини (од ултравиолетовите да инфраред) и можат да работат во пулсова и континуирано режими. Врз основа на природата на активната медиумите, постојат три видови на ласери гас, имено атомската, јонски и молекуларна.

Повеќето ласери гас пумпа со електрични празнења. Електроните во цевката за празнење се забрзуваат од страна на електричното поле помеѓу електродите. Тие се судираат со атоми, јони или молекули на активен медиум и да предизвикаат транзиција кон повисоко ниво на енергија за да се постигне состојба на населението и инверзија стимулирана емисија.

молекуларна ласер

Принципот на ласерски акција е врз основа на фактот дека, за разлика од изолирани атоми и јони во атомската и јонските ласери молекулите не поседуваат широк енергија бендови на дискретни нивото на енергија. Покрај тоа, секое ниво електрони енергија има голем број на vibrational нивоа, а оние, пак, - неколку ротација.

Енергијата меѓу нивоата на електрони енергија е во УВ и видлива региони на спектарот, додека помеѓу vibrational-ротациона нивоа - во далеку и во близина на инфрацрвена региони. Така, повеќето од молекуларната ласери работат во далечна или блиска инфрацрвена региони.

excimer ласери

Excimers се такви како молекула ARF, KrF, XeCl, кои се поделени стабилна основната состојба и на првиот степен. Принципот на работа на ласерски следната. Типично, бројот на основната состојба на молекули е мала, па на директен транспорт од основната состојба не е можно. На молекули формирана во првиот возбудени електронски состојба со соединение кое има висок на енергија халиди со инертни гасови. инверзија населението е лесно да се постигне, бидејќи бројот на молекули на основно ниво е премногу ниска, во споредба со возбуден. Принципот на ласерски акција, накусо, е да се транзиција од врзана возбудени електронски држава на основната состојба на разединителен. Бројот на населението во земјата држава секогаш е на многу ниско ниво, бидејќи во овој момент молекулата дисоцираат во атоми.

принцип на апаратурата и ласери се состои во тоа што цевката за празнење е исполнета со мешавина на халид (F ₂₎ и редок гас (Ar). На електрони во тоа оградуваат и јонизираат-халид молекули и да се создаде негативни јони. Позитивни јони Ar ⁺ и негативни F ^- реагираат и производство на ARF молекули во првиот возбудена состојба поврзана со следните транзиција на база одбивање на државата и создавање на кохерентна зрачење. Excimer ласерски, принципот на дејство и употреба на која сега се размислува, може да се користи за транспорт на активната медиум на боја.

течност ласер

Во споредба со цврсти материи, течности се повеќе хомогена и имаат поголема густина на активни-атоми, во споредба со гасови. Во прилог на ова, тие не се тешко да се произведе, овозможуваат лесен дисипација на топлина и лесно може да се замени. На принципот на акција на ласерскиот се користи како зголемување на телесната медиум на органски боја, како што се DCM (4-dicyanomethylene-2-метил-6-p- dimethylaminostyryl-4H-пиран), родамин, styryl, LDS, кумарин, стилбени, и слично. D ., растворени во соодветен растворувач. Решението на боја молекули е возбуден од зрачење, чија бранова должина има добар коефициент на апсорпција. Принципот на ласерски акција, накусо, е да се генерираат на подолга бранова должина, наречен флуоресценција. Разликата помеѓу енергијата се апсорбира и се емитираат фотони користи nonradiative енергија транзиции и загрева систем.

Поширок опсег флуоресцентна течност ласери има единствена функција - подесување бранова должина. Принципот на работа и користење на овој тип може да се конфигурира како ласер и кохерентна извор на светлина, станува сè повеќе важно во спектроскопија, холографија, а во биомедицински апликации.

Неодамна, ласери се користат за боја за сепарација на изотоп. Во овој случај, на ласерски селективно се возбуди еден од нив, поради започнете хемиска реакција.