Lazer fəaliyyət prinsipi: lazer şüalarının xüsusiyyətləri

1917-ci ildə nəzəri Plank radiasiya hüquq fizika əsaslanır lazer, fəaliyyət ilk prinsipi Einstein haqlı idi. O, təbii, udma təsvir və ehtimal əmsalları (Einstein əmsallar) istifadə elektromaqnit şüalanma təkan vermişdir.

TRAILBLAZERS

Teodor Meyman fəaliyyət prinsipi nümayiş etdirmək üçün ilk idi bir yaqut lazer, bir flash lampa sintetik yaqut istifadə optik nasos əsasında 694 nm dalğa ilə əlaqəli radiasiya yaradır.

1960-cı ildə İran alimləri Cavan və Bennett 1:10 bir nisbətində O Ne qazların qarışıqları istifadə edərək ilk qaz lazer yaratmışdır.

1962-ci ildə R. N. Hall ilk edir diode lazer 850 nm dalğa uzunluğunda yayan, qallium arsenide (GaAs) etdi. Həmin il, Nick Golonyak görünən işıq ilk yarımkeçirici kvant generator inkişaf.

cihaz və lazer prinsipi

Hər bir lazer sistemi optik translucent olan bir paralel və yüksək əks etdirən güzgü bir cüt arasında yerləşdirilmiş fəal orta, və nasos üçün enerji mənbəyi daxildir. mənfəət orta elektrik və ya optik nasos radiasiya ilə məcburi vasitəsilə keçən işıq dalğa amplituda gücləndirmək imkanı var bir bərk, maye və ya qaz kimi çıxış edə bilər. onlara hər zaman əks yüngül vasitəsilə keçir və əhəmiyyətli bir artım əldə edərək, yarım güzgü nüfuz ki, maddə güzgülər bir cüt arasında yerləşdirilir.

duplex mühit

E həyəcanlı E ₂ və baza _1: kimin atomu yalnız iki enerji səviyyəsi var fəal orta lazer fəaliyyət prinsipi _düşünün. Hər hansı bir nasos mexanizmi (optik, elektrik boşalması cari və ya transmittance elektron bombardmanı) vasitəsilə atomları dövlət E ₂ üçün bir heyecan _olunur, bir neçə nanoseconds onlar enerji, fotonlar radiasiya əsas vəziyyətinə qaytarmaq hν = E ₂ - E _1. Eynşteynin nəzəriyyəsinə görə, emissiya iki müxtəlif yollarla istehsal olunur: ya bir foton induksiya olunur, və ya kortəbii baş verir. Keçmiş halda, təkan emissiya baş verir və ikinci - təbii. At istilik tarazlıq, ən adi əlaqəsiz işıq mənbələri, və lasing istilik tarazlıq başqa şəraitdə mümkündür ki, təkan emissiya ^ehtimalı (1:10 ³³⁾ kortəbii xeyli aşağıdır.

Hətta bir çox güclü nasos əhali səviyyəli sistemi ilə bərabər edilə bilər. Buna görə də, əhali inversiya və ya digər optik nasos üsulu nail olmaq üçün üç və ya dörd səviyyəli sistemi tələb edir.

multi-level sistemi

üç səviyyəli lazer prinsipi nədir? ₀₂ ν tezliyi sıx işıq şüalarının aşağı enerji səviyyəsi E ₀ yuxarı E ₂ atomların bir çox qədər nasoslar. E ₁ atomları E ₂ Radiationless keçid atomların bir metastable dövlət E ₁ uzun müddət zaman təcrübədə mümkündür E ₁ və E ₀ arasında əhali _{inversiya, 2} sürətlə baş verir E E ₁ keçid yaradır. E ₀ və E _{1 arasında} əhali inversiya əldə və foton enerji E ₁ -E ₀ təkan emissiya amplified ki, üç səviyyəli lazer əməliyyat prinsipi, bu şərtlər var. Daha səviyyəsi E ₂ təkan emissiya artım nəticəsində, daha səmərəli nasos udma dalğa sıra artırmaq bilər.

sistem aşağı səviyyədə, çünki bir çox yüksək nasos güc tələb edir Üç səviyyəsi, nəsil cəlb olunur, bu bazasıdır. Bu halda, əhali inversiya etmək üçün dövlət E ₁ baş atomların sayı yarıdan çox vurulacaq. Bu halda, enerji sərf olunur. aşağı lasing səviyyədə azı dörd səviyyəli sistemi tələb baza deyil, əgər nasos güc çox azaldıla bilər.

aktiv maddə xarakterindən asılı olaraq, lazer üç əsas kateqoriyaya, yəni bərk, maye və qaz təsnif edilir. ilk nəsil bir yaqut kristal müşahidə edildiyi 1958-ci ildən, alim və tədqiqatçılar hər bir kateqoriya materialların geniş tədqiq edilmişdir.

bərk-dövlət lazer

əməliyyat izolyasiya kristal qəfəs keçid metal əlavə formalaşır fəal orta istifadə əsaslanır (belə Ti ^+3, Cr ^+3, V ^+2, Co ^+2, Ni ^+2, Fe ^+2, və. D.) , nadir torpaq ionları (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.), və U ⁺³ kimi ^Actinides. enerji səviyyəsi yalnız nəsil üçün məsuliyyət ionları. belə istilik keçiriciliyi və baza material Fiziki xassələri, istilik genişləndirilməsi lazer səmərəli işləməsi üçün vacibdir. bir aşqarlanmış ion ətrafında atomların Yer şəbəkəli onun enerji səviyyəsi dəyişir. Aktiv orta dalğa nəsil Müxtəlif uzunluğu eyni ion müxtəlif materiallar doping ilə nail olunur.

holmium lazer

bir bərk-dövlət lazer nümunəsi holmium atom kristal qəfəs baza maddi əvəz orada bir kvant generator edir. Ho: YAG yaxşı lasing materialları biridir. holmium lazer əməliyyat prinsipi holmium ionları, optik flash lampa ilə nəql və toxumaların tərəfindən sorulur infraqırmızı diapazonda 2097 nm dalğa da saçır ilə aşqarlanmış ki yttrium alüminium qranat edir. xərçəng hüceyrələri, böyrək və gallstones buxarlanmaq üçün oynaqların, diş müalicəsi üzrə əməliyyatlar üçün bu lazer istifadə edin.

A yarımkeçirici kvant generator

Quantum də lazer, kütləvi istehsalına imkan ucuz və asanlıqla genişlənən edir. əməliyyat prinsipi yarımkeçirici lazer LED kimi, müsbət təmayüllü da daşıyıcısı rekombinasiya ilə müəyyən dalğa işıq istehsal pn-diode qovşağında, istifadə əsasında. LED kortəbii və lazer diodları buraxmaq - compulsively. şərt əhali inversiya yerinə yetirmək üçün, əməliyyat cari astanasında artıq olmalıdır. bir yarımkeçirici diode fəal orta iki ölçülü qat əlaqə sahəsində bir görünüşü var.

lazer bu cür əməliyyat prinsipi ki, heç bir xarici güzgü tələb olunur rəqslərin təmin etməkdir. görə yaradılmış reflective qabiliyyəti kırılma index etmək qat və fəal orta daxili əks bu məqsədlə kifayət edir. son səthlər paralel əks etdirən səthlər təmin diodlar ayırmaq.

heterokeçid - Iki müxtəlif birləşdirən müəyyən edilmiş eyni tipli yarımkeçirici material meydana gətirdiyi mürəkkəb bir homojunction adlanır.

daşıyıcılarının yüksək sıxlığı ilə p və n tipli yarımkeçiricilər çox nazik (≈1 mm) tükənəcək təbəqə ilə bir p-n-qovşaq təşkil edir.

qaz lazer

əməliyyat və lazer bu cür istifadə prinsipi mümkün (infraqırmızı üçün ultrabənövşəyi) və dalğa (meqavat milliwatts dən) faktiki olaraq hər hansı bir gücü qurğu yaratmaq və impuls və davamlı rejimdə işləyə bilər edir. fəal media xarakteri əsasında, yəni atom ion və molekulyar qaz lazer, üç növ var.

elektrik boşalması ilə nəql Ən qaz lazer. axıdılması boru elektron elektrodlar arasında elektrik sahəsi ilə sürətləndirilməlidir olunur. Onlar atomları, ionları və ya fəal orta molekulları ilə toqquşmaq və əhalinin inversiya və təkan emissiya bir dövlət nail olmaq üçün yüksək enerji səviyyəsi keçid vadar.

molekulyar lazer

lazer fəaliyyət prinsipi atom və ion lazer təcrid atom və ionlar fərqli molekulların diskret enerji səviyyəsi geniş enerji lentlər malik olmasına əsaslanır. bir neçə fırlanma - Bundan əlavə, hər bir elektron enerji səviyyəsi böyük rəqsi səviyyəsi sayı, və öz növbəsində o var.

uzaq və yaxın infraqırmızı rayonlarında - elektron enerji səviyyələri arasında enerji rəqsi-fırlanma səviyyələri arasında isə, spektrin UV və görünən regionlarda edir. Belə ki, molekulyar lazer ən uzaq və ya yaxın infraqırmızı regionlarda iş.

eksimer lazer

Excimers stabil torpaq dövlət və ilk səviyyəsi bölünür ARF, KRF, XeCl kimi molekul var. növbəti lazer əməliyyat prinsipi. Tipik olaraq, molekulların torpaq dövlət nömrə kiçik, belə ki, torpaq dövlət birbaşa nasos mümkün deyil. molekullar inert qazlar ilə yüksək enerji halogenanhidridləri olan mürəkkəb ilk heyecan elektron dövlət qurdu. əhali inversiya bir əsas səviyyədə molekulların sayı həyəcanlı ilə müqayisədə çox aşağı olduğundan asanlıqla əldə edilir. lazer fəaliyyət prinsipi, qısa, bir torpaq dövlət Dissosiyatif üçün bağlı həyəcanlı elektron dövlət keçid edir. Bu nöqtədə molekul atomları daxil ayırmaq çünki torpaq dövlət əhalisi aşağı səviyyədə həmişə.

aparat və lazer prinsip axıdılması boru bir halide qarışığı (F ₂₎ və nadir qaz (Ar) dolu ki, ibarətdir. bu elektronların ayırmaq və halide molekulları ionlaşdırmaq və mənfi ionların yaradır. Müsbət ionları Ar ⁺ və mənfi F ^- reaksiya və əlaqəli radiasiya baza dövlət dəf və nəsil sonrakı keçid ilə bağlı ilk həyəcanlı dövlət ARF molekulları istehsal edir. Excimer lazer, fəaliyyət prinsipi və biz indi nəzərdən olan istifadə boya fəal orta vurulması üçün istifadə edilə bilər.

maye lazer

bərk ilə müqayisədə maye daha homogen və qazların ilə müqayisədə, fəal atomların yüksək sıxlığı var. Bundan əlavə, onlar istehsal asan istilik israf imkan çətin deyil və asanlıqla əvəz edilə bilər. lazer fəaliyyət prinsipi belə DCM kimi üzvi boya mənfəət orta kimi istifadə olunur (4-dicyanomethylene-2-metil-p- 6 dimethylaminostyryl-4H-pyran) rhodamine, styryl, LDS, kumarin, stilbene, və s. D ., müvafiq həlledici həll. boya molekulların bir həll olan dalğa yaxşı udma əmsalı var radiasiya həyəcanlı edir. lazer fəaliyyət prinsipi, qısa, floresan adlı uzun dalğa da yaratmaq üçün. enerji arasında fərq sorulur və emissiya fotonların nonradiative enerji keçid istifadə və sistem heats.

dalğa tuning - geniş band floresan maye lazer unikal xüsusiyyət var. əməliyyat və tunable lazer və əlaqəli işıq mənbəyi kimi bu tip istifadə prinsipi getdikcə spektroskopiya, Holography əhəmiyyətli, və biotibbi applications çevrilir.

Bu yaxınlarda, lazer izotop ayrılması üçün boya istifadə edilmişdir. Bu halda, lazer seçilmiş bir kimyəvi reaksiya başlamaq isteyen, onlardan biri salmaq.