Принцип ласерске акције: карактеристике ласерског зрачења

Први принцип деловања ласера, који се заснива на физици закона Планкове зрачења, у теорији, Ајнштајн 1917. било оправдано. Описао је апсорпцију, спонтани и стимулисане електромагнетско зрачење користећи вероватноће коефицијенте (Еинстеин коефицијената).

Траилблазерс

Теодор Меиман је први демонстрирати принцип деловања ласера рубина, на основу оптички пумпање помоћу флеш лампе синтетичку рубином ствара кохерентну зрачења са таласном дужином од 694 нм.

1960. године, ирански научници Јавански и Бенет створио прве ласере гаса уз примену смеша Он и НЕ гасова у односу 1:10.

Године 1962., Р. Н. Халл чини први диода ласер направљен од галијума арсенид (ГаАс), емитујући на таласној дужини од 850 нм. Касније исте године, Ник Голониак развио први Семицондуцтор квантни генератор видљиве светлости.

Уређај и принцип ласера

Сваки ласерски систем садржи активну медијум оптички смештен између пара паралелних и високо одражавају огледала, од којих је једна транспарентна, и извор напајања за то пумпање. Пошто добит медијум може дјеловати као чврста маса, течност или гас, који имају способност да прошири амплитуду светлосног таласа који пролази кроз њу интерно са електричним или оптичким пумпања зрачења. Супстанца се ставља између пара огледала тако да светлост одражава на њих сваки пут пролази кроз њега и, достигавши значајан пораст, продире у пола огледало.

дуплекс окружење

Размотрите принцип ласерске акције са активним медијумом чије атоми имају само два нивоа енергије: Е узбуђен Е ₂ и базне _1. Ако су узбуђени да државни Е ₂ атоми преко којег механизма пумпања (оптички, електрична струја пражњења или проводљивости електронског бомбардовања), _у неколико наносекунди враћају у основни положај, зрачи енергију фотона хν = Е ₂ - Е _1. Према Ајнштајнове теорије, емисија се производи на два начина: или је изазвано фотона, или спонтано јавља. У првом случају, стимулисани емисија јавља а други - спонтана. Ат термалној равнотежи, вероватноћа стимулисане емисије знатно нижи него спонтани (1:10 ^{33), тако да} већина конвенционални некохерентни извори светлости, а ласинг је могућа у осим топлотне равнотеже условима.

Чак и са веома јаким системима пумпање нивоу становништва може бити само једнаки. Стога, за постизање инверзију становништва или други метод оптичке пумпања потребан систем три или четири нивоа.

више нивоа система

Који је принцип ласера на три нивоа? Зрачење интензивне светлости фреквенције ν ₀₂ пумпе до великог броја атома од најнижег нивоа енергетске Е ₀ и Е _2. горње. Радиатионлесс Прелаз са атомима Е ₂ у Е ₁ успоставља инверзију популације између Е ₁ и Е _{0, што} је у пракси могуће само када атоми су дуго времена у метастабилног државном Е _{1, а} прелазак из Е ₁ до Е ₂ јавља брзо. Принцип рада ласера на три нивоа у овим условима, тако да између Е ₀ и Е _{1, инверзија} становништво постиже и појачан фотона Енерги Е ₁ -Е ₀ стимулисане емисије. Шири левел Е ₂ може повећати абсорпцију таласном опсегу ефикасније испумпава, што доводи до раста стимулисане емисије.

Три нивоа систем захтева веома висок пумпање власти од нижем нивоу, су укључени у производњу, то је база. У овом случају, у циљу инверзије становништва дошло у државни Е _1. да се пумпа више од половине укупног броја атома. У том случају, енергија се губи. Снага пумпе може да се знатно смањити ако није база, која захтева бар систем са четири нивоа нижи ласинг ниво.

У зависности од природе активне супстанце, ласери су класификовани у три основне категорије, односно чврстом, течном и гаса. Од 1958. године, када је прва генерација приметио у рубина кристала, научници и истраживачи су проучавали широк спектар материјала у свакој категорији.

солид-стате ласер

Операција се заснива на коришћењу активног медијума који је формиран додавањем изолационо кристална решетка прелазних метала (Ти ^{+3, Цр +3,} В ^{+2, Цо +2, Ни +2, Фе +2,} итд Д..) , ретких земаља јони (Це ^{+3, Пр +3, Нд +3, Пм +3, См +2, Еу + 2, + 3, Тб +3, Ди +3, Хо +3, Ер +3, Иб +3} , ет ал.), а актиниде попут u ^+3. Енергетски нивои јона одговорних само за генерисање. Физичке особине основног материјала, као што су топлотна проводљивост и термичког ширења су важни за ефикасан рад ласера. Лоцатион решетка атома око допирани јона мења своје нивое енергије. Различите дужине таласа енергије у активном медијуму постижу допинг различите материјале у истом јона.

холмиум ласерски

Пример чврстом стању ласера је квантни генератор, где холмиум атом замењује основни материјал кристалне решетке. Хо: ИАГ-је један од најбољих ласинг материјала. Принцип рада на Холмиум ласера је да итријум алуминијум гарнет допирани Холмиум јонима, оптички дизаних флеш лампом и емитује на таласној дужини од 2097 нм у инфрацрвеном опсегу добро апсорбује ткива. Користите ову ласер за операције на зглобове, лечење зуба, да испари ћелије рака, бубрег и жучи.

Полупроводник Квантна Генератор

Квантна и ласери су јефтине, омогућавају масовну производњу и лако прилагодљив. Оперативни принцип полупроводника ласера заснован на употреби пн-диоде споју, који производи светлост одређене таласне дужине од рекомбинације носача до позитивног предрасуде, попут диода. ЛЕД емитују спонтано и ласерске диоде - компулзивно. Да испуни инверзију услов становништва, оперативни струја треба да пређе праг. Активна средње полупроводника диода има поглед на подручје везе дводимензионалног слоја.

Принцип рада овог типа ласера је да за одржавање осцилације није потребна спољна огледала. Рефлектујућих Способност, креиран због до индексу рефракције слојева и унутрашње одраз активног медијума, довољна за ову сврху. Крајњи Површине прионе диоде које обезбеђују паралелне рефлектујућим површинама.

Једињење формирају полупроводника материјала исте врсте назива хомојунцтион, утврђене повезивањем два различита - хетероспојну.

Полупроводници од п и н типа са великом густином носача формирају п-н-спој са веома танком (≈1 мм) осиромашеним слоју.

гаса ласерски

Принцип рада и употребе ове врсте ласера омогућава да се створи уређаје буквално било ком својству (од мВ мегавата) и таласним дужинама (од ултраљубичастог до инфрацрвена) и могу да раде у запулсира и континуираним режима. На основу природе активног медија, постоје три врсте гаса ласера, наиме атомске, јонске и молекуларних.

Већина гаса ласери упумпава електричног пражњења. Електрони у потисном цеви су убрзан електричног поља између електрода. Сударају са атомима, јона или молекула активног медијума и индукују прелазак на вишим енергетским нивоима да постигне стање инверзије становништва и стимулисане емисије.

молецулар ласер

Принцип ласерске дејства се заснива на чињеници да, за разлику од изолованих атома и јона у атомских и јонским ласерима молекули поседују широке енергетске траке дискретних нивоа енергије. Поред тога, сваки ниво електронска енергија има велики број вибрационих нивоа, и они заузврат - неколико ротациони.

Енергија између нивоа електрон енергије је у регионима УВ и видљиве спектра, а између вибрационих-ротациона нивоа - у далеко и близу инфрацрвене региона. Стога, већина молекуларних ласера ради у удаљеним или скоро инфрацрвеним регионима.

екцимер ласера

Екцимерс такви молекул као АРФ, Крф, КсеЦл, који су подељени стабилне основном стању и први ниво. Принцип рада ласера следећег. Типично, број у основног стања молекула је мали, тако директан пумпање из основног стања није могуће. Молекули формиран у првој побуђеном електронско стање једињењем које има високу енергију халида са инертним гасовима. Инверзија становништво се постиже лако, јер је број молекула на основном нивоу је сувише ниска, у поређењу са узбуђен. Принцип ласерске акције, укратко, за транзицију из везаног узбуђен електронског стања у основном стању дисоцијативним. Становништво основног стања увек на ниском нивоу, јер у овом тренутку молекул оградити на атоме.

Принцип Апарат и ласери се састоји у томе испуштање цев напуњена мешавином халида (Ф _{2) и} ретке гаса (Ар). Електрони у њој огради и јонизацију молекуле халогеним и створити негативне јоне. Позитивни јони Ар ⁺ и негативног Ф ^{- реагују} и производе АРФ молекула у првом побуђеном стању повезан са каснијим преласком на базе државни одбијања и стварања кохерентног зрачења. Егзајмер ласер, принцип деловања и употреба који сада разматра, може да се користи за пумпање активног медијума боје.

ликуид ласер

У поређењу са чврстих, течности су хомогени и имају већу густину активних атома, у поређењу са гасовима. Поред тога, они нису тешко произвести, омогућују лако одвођење топлоте и могу се лако заменити. Принцип деловања ласера се користи као добит медиј органског боје, као што су ДЦМ (4-дицианометхилене-2-метил-6-п- диметиламиностирил-4Х-пиран), родамин, стирил, ЛДС, кумарин, стилбене и слично. Д ., растворен у одговарајућем растварачу. Раствор молекула дие је узбуђен зрачењем чија таласна има добар коефицијент апсорпције. Принцип ласерске акције, укратко, је да се генеришу на дужи таласној дужини, под називом флуоресцентне. Разлика између енергије апсорбује и емитују фотони користи нонрадиативе енергије прелаза и загрева систем.

Шири опсег флуоресцентне течних ласера има јединствену карактеристику - таласна дужина тунинг. Принцип рада и коришћења овог типа као подесиви ласера и кохерентан извор светлости, постаје све важнији у спектроскопије, холографије, и у биомедицини.

Недавно, ласери се користе да офарбам за сепарацију изотопа. У том случају, ласер селективно узбуђује један од њих, што је изазвало започети хемијску реакцију.