Põhimõte laser tegevus: omadused laserkiirgus

Esimene põhimõte tegevuse laser, mis põhineb füüsika Plancki kiirgus õiguse teoreetiliselt Einstein 1917 oli õigustatud. Ta kirjeldas imendumist, spontaanne ja stimuleeritud elektromagnetilise kiirguse abil tõenäosus koefitsientide (Einstein koefitsientide).

trailblazers

Teodor Meyman oli esimene demonstreerimiseks põhimõtteliselt action of rubiin laser, mis põhineb optilise pumpamise kasutades flash lamp sünteetilised rubiin, genereerib kiirguseks lainepikkusega 694 nm.

1960. aastal Iraani teadlased Jaavan ja Bennett lõi esimese gaaslaserid segude abil Tema ja Ne gaaside 1:10.

Aastal 1962, R. N. Hall teeb esimese dioodlaser valmistatud galliumarseniid (GaAs), mis kiirgavad lainepikkusel 850 nm. Hiljem samal aastal, Nick Golonyak töötanud esimese pooljuhtide quantum generaator nähtava valguse.

Seade ja põhimõtte laserid

Iga Lasersüsteem sisaldab aktiivset keskmise optiliselt vahele asetatakse paralleelsete ja kõrgelt peegeldades peeglid, millest üks on poolläbipaistvad ja jõuallikana pumpamist. Kuna võimendus keskmise võib toimida tahke, vedel või gaas, mis on võime võimendada valguse amplituudi laine läbib seda sisemiselt elektrilisi või optilisi pumpamine kiirgust. Aine viiakse paari vahel peeglid nii et peegeldunud valgust neid iga kord läbib ta ning jõudnud märkimisväärselt kasvanud tungib poolpeegel.

duplex keskkond

Vaatleme põhimõtet laser meetmeid aktiivse andmekandjale, mille aatomite olla ainult kaks energiatasemete: E ergastatud _E2 ja aluse _1. Kui aatomitega via tahes pumpmehhanism (optiline, elektriline voolutugevusest või läbilaskvust elektronidega pommitamise) on ergastatud olekusse E _2, mõne nanosekundid nad naasta põhipositsioonis, kiirgava energia footonite hν = _E2 - _E1. Vastavalt Einsteini teooria, heite toodetakse kahel viisil: kas see on indutseeritud footoni või see toimub spontaanselt. Esimesel juhul, stimuleeritud emissiooni toimub ja teine - spontaanne. At termilise tasakaalu tõenäosus stimuleeritud emissiooni on palju madalam kui spontaanne (01:10 ^33), nii et suurem tavaliste seosetu valgusallikad ja laseri aktiivaine on võimalik muid tingimusi kui termilise tasakaalu.

Isegi väga tugev pumpamine elanikkonna taseme süsteemid saab teha ainult võrdsed. Seega, et saavutada pöördasustuses või muu optilise pumpamise meetod nõuab kolme- või taseme süsteemiga.

mitmetasandilise süsteemi

Mis on põhimõte kolme tasandi laser? Kiirituse intensiivvalgustamisega sageduse ν ₀₂ pumbad moodustavad suure aatomite arv madalaimast energiatase E ₀ ja _E2 ülemise. Radiationless ülemineku aatomitega E ₂ E ₁ luuakse pöördasustuses vahel E ₁ ja E _0, mis praktikas on võimalik ainult siis, kui aatomid on kaua metastabiilset E _{1 ja} üleminek E ₁ E ₂ esineb kiiresti. Tööprintsüp kolmetasandilisel laser on nendes tingimustes, nii et vahel E ₀ ja E _1, pöördasustuses saavutatakse ja võimendatakse footoni energiast E ₁ -E ₀ stimuleeritud emissiooni. Laiem tasandil _E2 võiks suurendada absorptsioonlainepikkuse illustreeriv tõhusamalt pumbata, mille tulemusena kasvu stimuleeritud emissiooni.

Kolmetasandiline süsteem vajab väga kõrge pumpamiseks võimu kuna madalamal tasemel, on seotud tootmise, see on alus. Sellisel juhul et pöördasustuses toimus olekusse E ₁ pumbata üle poole koguarvust aatomit. Sel juhul energiat raisata. Pump võimsus saab oluliselt vähendada, kui alumise laseri aktiivaine tase ei ole alust, milleks on vaja vähemalt neljatasemelist süsteemi.

Sõltuvalt milline on toimeaine laserid on jaotatud kolme põhikategooriasse, nimelt tahke, vedel ja gaas. Alates 1958. aastast, kui esimene põlvkond täheldati rubiinkristall, teadlaste ja uurijate on uuritud erinevaid materjale igas kategoorias.

tahkislaserist

Operatsioon põhineb toimeaine kasutamist keskmise, mis on moodustatud lisades isoleeriva kristallvõre siirdemetall (Ti ^3, Cr ^3, V ^2, Co ^2, Ni ^2, Fe ^2, ja nii edasi. D.) , haruldaste muldmetallide ioonid (Ce ^3, Pr ^3, Nd ^3, Pm ^3, Sm ^2, Eu ^{+ 2, + 3,} Tb ^3, Dy ^3, Ho ^3, Er ^3, Õbi ³ jt.) ja aktiniidid nagu U ^3. Energiatasemete ioonid vastutab ainult põlvkonna. Füüsikalised omadused alusmaterjali, nagu soojusjuhtivus ja soojuspaisumine on oluline tõhusa toimimise laser. Asukoht võre aatomite ümber dopeeritud ion muudab oma energia taset. Erineva pikkusega laine põlvkonnale aktiivse keskkonna saavutatakse doping erinevatest materjalidest samas iooni.

holmium laser

Näitena tahkislaserist on kvant generaator, milles holmiumi aatom asendab alusmaterjali kristallvõre. Ho: YAG on üks parimaid laseri aktiivaine materjale. Tööprintsüp kohta holmiumi laser on, et ütrium alumiiniumist granaat dopeeritud holmiumi ioonid, optilise pumpamise kiir lamp ja kiirgab lainepikkusel 2097 nm infrapunases piirkonnas imendub hästi poolt kudedes. Kasutage seda laseriga operatsioonideks liigestele, hambaravi, aurustamiseks vähirakke, neeru- ja sapikivid.

Pooljuhtide quantum generaator

Quantum hästi laserid on odav, võimaldab masstootmise ja on kergesti skaalautuvia. Tööpõhimõtet pooljuhtide laser kasutamisel põhinev pn-dioodi ristmikul, tekitab valgust teatud lainepikkusega rekombinatsiooniplasmiidiga kandja positiivse diagonaal, nagu valgusdioodidega. LED eraldavad spontaanselt ja laser dioodid - pealesundivalt. Selleks, et täita tingimus elanikkonna inversiooni töövool peaks ületa künnist. Aktiivseid keskmise pooljuhtide dioodil on vaade ühenduskoha kahemõõtmeline kihid.

Tööpõhimõte seda tüüpi laser on, et säilitada võnkumiste välist peegel on vajalik. Peegeldav võimet, mis on loodud tänu murdumisnäitajaile kihid ja sisepeegeldus aktiivse andmekandjal piisab selleks. Otspindade lõhustama dioodid, mis annab paralleelselt peegelduspinnast.

Ühend poolt moodustatud pooljuhtmaterjali sama tüüpi nimetatakse homojunction, mida kinnitavad ühendab kaks erinevat - Heterosiire.

Pooljuhid p ja n tüüpi suure tihedusega kandjad moodustavad p-n-siirde millel on väga õhuke (≈1 mm) vaesestatud kiht.

gaaslaser

Tööpõhimõtet ja kasutamist seda tüüpi laser võimaldab luua seadmeid praktiliselt iga mahuga (alates millivati kuni megavati) ja lainepikkused (ultravioletist infrapunakiirgust) ning võib töötada impulss ja pideva režiimi. Tuginedes milline on aktiivsed meedias on kolme tüüpi gaaslaserite, nimelt aatomi, ioonsed ja molekulaarseid.

Enamik gaaslaserid pumbatakse elektrilahenduslamp. Elektronid gaaslahendustoru kiirendatakse elektriväljaga elektroodide vahel. Nad põrkuvad aatomitega, ioonidega või molekulidega keskmise ja indutseerida üleminek kõrgema energiatasemete saavutada seisundit pöördasustuses ja stimuleeritud emissiooni.

molekulaarse laser

Põhimõte laser meetme põhineb asjaolul, et erinevalt isoleeritud aatomite ja ioonide aatomite ja ioonide laserid molekulid omavad laia energiat bändid diskreetse energiatasemete. Lisaks on iga elektronide energia tase on suur hulk vibratsioonienergia taset ning need omakorda - paar vahelduva.

Energiat vahel elektronide energia taset on UV ja nähtava spektripiirkondades, samas vahel vibratsioonide Mittepöörlev tasandil - ja kaugelt lähisinfrapunases piirkondades. Seega kõige molekulaarse laserid töötavad kauge või lähiinfrapunakiirguse piirkondades.

eksimeerlasereid

Eksimeeridega on sellised molekuli ArF, KrF, XeCl, mis jaotuvad stabiilse maa riigi ja esimese taseme. Tööpõhimõte laseri kõrval. Tüüpiliselt mitmeid maasse olekus Molekulide on väike, nii otsese pumpamine maast olekus ei ole võimalik. Molekulid, mis on moodustatud esimese ergastatud elektroonilise olekus ühendi, millel on kõrge energiaga halogeniidid inertgaasiga. Pöördasustuses saavutatakse kergesti kuna molekulide arvu algtasemel on liiga madal, võrreldes ergastatud. Põhimõte laser meetmeid, lühikese, on üleminek seotud põnevil elektroonilise olekust maa riigi dissociative. Elanikkonna maapinnale olekus on alati madalal tasemel, sest sel hetkel molekuli dissotsieeruvad aatomit.

Aparaat ja laserid põhimõtteliselt seisneb selles, et gaaslahendustoru täidetakse seguga Halogeniidide (F ₂₎ ja inertgaaside (Ar). Elektronid ta eraldada ja ioniseerimiseks halogeniidi molekule ja registreeri negatiivseid ioone. Positiivsed ioonid Ar ⁺ ja negatiivsed F ^- reageerivad ja toodavad ArF molekulide esimeses ergastatud oleku seostatud minnakse edaspidi aluse olekus tõrjuv ja põlvkonna kiirguseks. Eksimeerlasertoitega põhimõte meetmeid ja mille kasutamine nüüd arvestades, saaks kasutada pumpamine aktiivse keskkonna värvi.

vedelik laser

Võrreldes kuivained, vedelikud on ühtlasem ja on suurema tihedusega aktiivsete aatomit, võrreldes gaase. Lisaks sellele, nad ei ole raske valmistada, võimaldab lihtsat soojuse hajumist ja saab kergesti asendada. Põhimõtte toime laseri kasutatakse võimenduse keskmise orgaanilise värvaine, nagu DCM (4-dicyanomethylene-2-metüül-6-p- dimetüülaminostürüül-4Hpüraan), todamiin stürüül- LDS, kumariin, stilbeendisulfoonhappe jms. D ., lahustatakse sobivas lahustis. Lahust värvimolekulid ergastatakse kiirguse teel, mille lainepikkus on hea neeldumistegur. Põhimõte laser meetmeid Lühidalt öeldes on tekitada juures pikema lainepikkusega, mida nimetatakse fluorestsentsi. Erinevus neelatud ja tekkiva footonite kasutatud nonradiative energia üleminekuid ja soojendab süsteem.

Laiem band fluorestsentsi vedela laserid on ainulaadne omadus - lainepikkus häälestamist. Tööpõhimõte ja seda tüüpi, nagu reguleeritavast laser ja ühtsemalt valgusallikas, muutub üha olulisemaks spektroskoopia, holograafia ja biomeditsiinilised rakendused.

Hiljuti laserid on kasutatud värvida isotoopide eraldamine. Sel juhul laser selektiivselt erutada üks neist, mis sunnib alustada keemilise reaktsiooni.