Პრინციპი ლაზერული აქცია: თვისებები ლაზერული გამოსხივების

პირველი მოქმედების პრინციპი ლაზერული, რომელიც ეფუძნება ფიზიკის პლანკის გამოსხივების კანონით, თეორიულად, აინშტაინი 1917 წელს გამართლებული იყო. მან აღწერა შთანთქმის, სპონტანური და სტიმულირება ელექტრომაგნიტური გამოსხივების გამოყენებით ალბათობა კოეფიციენტებს (Einstein კოეფიციენტები).

trailblazers

თეოდორ Meyman იყო პირველი დემონსტრირება მოქმედების პრინციპი არის ruby ლაზერული, საფუძველზე ოპტიკური სატუმბი გამოყენებით ფლეშ ნათურა სინთეზური ruby, ქმნის თანმიმდევრულ რადიაციული ერთად ტალღის სიგრძე 694 ნმ.

1960 წელს, ირანის მეცნიერები იავანი და Bennett შექმნა პირველი გაზის ლაზერები გამოყენებით ნარევები მან და Ne აირების თანაფარდობა 1:10.

1962 წელს, რ N. Hall იღებს პირველი დიოდური ლაზერის გააკეთა გალიუმის arsenide (GaAs), რომლებიც ასხივებენ სიგრზის of 850 ნმ. მოგვიანებით იმავე წელს, ნიკ Golonyak განვითარებული პირველი ნახევარგამტარული კვანტური გენერატორი ხილული სინათლე.

მოწყობილობა და პრინციპი lasers

თითოეული ლაზერული სისტემა მოიცავს აქტიური საშუალო ოპტიკურად განთავსებული შორის წყვილი პარალელური და უაღრესად ამსახველი სარკეები, რომელთაგან ერთ-ერთი translucent, და დენის წყარო სატუმბი იგი. როგორც მოგების საშუალო შეუძლია იმოქმედოს, როგორც მყარი, თხევადი ან გაზის, რომელსაც აქვს უნარი აძლიერებს ამპლიტუდა სინათლის ტალღის გავლით იგი იძულებით ელექტრო და ოპტიკური სატუმბი რადიაციული. ნივთიერება მოთავსებულია შორის წყვილი სარკეები ასე რომ ნათელი აისახება მათ ყოველი გადის და, რომელმაც მიაღწია მნიშვნელოვან ზრდას აღწევს ნახევარი სარკეში.

დუპლექსის გარემო

განვიხილოთ პრინციპი ლაზერული აქცია აქტიური საშუალო, რომლის ატომები მხოლოდ ორი ენერგეტიკულ დონეზე: E აღფრთოვანებული E ₂ და ბაზის _1. თუ ატომები მეშვეობით ნებისმიერი სატუმბი მექანიზმი (ოპტიკური, ელექტრო შესრულებისათვის მიმდინარე ან transmittance electron დაბომბვის) აღფრთოვანებული სახელმწიფო E _2, რამდენიმე nanoseconds ისინი დაბრუნდებიან ძირითადი პოზიცია, გამოსხივების ენერგიის ფოტონები hν = E ₂ - E _1. მისი თქმით, აინშტაინის თეორია, ემისიის წარმოებული ორი სხვადასხვა გზა: ან ის არის გამოწვეული ფოტონის, ან ეს მოხდა სპონტანურად. ყოფილი შემთხვევაში, სტიმულირება გაფრქვევა ხდება და მეორე - სპონტანური. ამავე თერმული წონასწორობა, ალბათობა სტიმულირება ემისიის გაცილებით დაბალია, ვიდრე სპონტანური (1:10 ^{33), ისე,} რომ ყველაზე ჩვეულებრივი არათანმიმდევრულია სინათლის წყაროები, და lasing შესაძლებელია იმ პირობებში, გარდა თერმულ წონასწორობაში.

თუნდაც ძალიან ძლიერი სატუმბი მოსახლეობის დონის სისტემები შეიძლება მხოლოდ თანაბარი. ამიტომ, რათა მივაღწიოთ მოსახლეობის inversion ან სხვა ოპტიკური სატუმბი მეთოდი მოითხოვს სამი ან ოთხი დონის სისტემით.

მრავალ დონის სისტემით

რა პრინციპით სამი დონის ლაზერული? დასხივების ინტენსიური სინათლის სიხშირე ν ₀₂ ტუმბოების დიდი რაოდენობის ატომების ყველაზე დაბალი ენერგეტიკული დონე E ₀ და E ₂ ზედა. Radiationless გარდამავალი ატომები E ₂ E ₁ ადგენს მოსახლეობის inversion შორის E ₁ და E _0, რომელიც პრაქტიკულად შესაძლებელია მხოლოდ მაშინ, როდესაც ატომები, ხანგრძლივი დროის metastable სახელმწიფო E _1, და გადასვლას E ₁ E ₂ ხდება სწრაფად. ოპერაციული პრინციპი სამი დონის ლაზერული ამ პირობებში, ისე, რომ შორის E ₀ და E _1, მოსახლეობის inversion მიიღწევა და გაძლიერდეს photon ენერგია E ₁ -E ₀ სტიმულირება გამოსხივება. ფართო დონეზე E ₂ გაზრდის შთანთქმის ტალღის სიგრძის დიაპაზონი უფრო ეფექტურად სატუმბო, რის შედეგადაც ზრდის სტიმულირება გამოსხივება.

სამდონიანი სისტემა მოითხოვს ძალიან მაღალი სატუმბი შემდეგ ძალაუფლების დონეზე, რომლებიც ჩართულნი არიან თაობის, ეს არის ბაზა. ამ შემთხვევაში, იმისათვის, რომ მოსახლეობის inversion მოხდა სახელმწიფო E ₁ უნდა pumped ნახევარზე მეტი საერთო რაოდენობის ატომები. ამ შემთხვევაში, ენერგია შეეწირა. ტუმბოს ძალა შეიძლება მნიშვნელოვნად შემცირდა თუ ქვედა lasing დონეზე არ არის ბაზა, რომელიც მოითხოვს მინიმუმ ოთხი დონის სისტემა.

დამოკიდებულია ბუნების აქტიური ნივთიერება, ლაზერები კლასიფიცირდება შევიდა სამ ძირითად კატეგორიად, კერძოდ, მყარი, თხევადი და გაზი. მას შემდეგ, რაც 1958 წელს, როდესაც პირველი თაობის დაფიქსირდა ბროწეულის crystal, მეცნიერები და მკვლევარები შეისწავლეს ფართო სპექტრს მასალები თითოეულ კატეგორიაში.

მყარი სახელმწიფო laser

ოპერაცია ეფუძნება გამოყენების აქტიური საშუალო, რომელიც ჩამოყალიბდა დასძინა საიზოლაციო კრისტალური მესრის გარდამავალი ლითონის (Ti ^+3, Cr ^+3, V ^+2, Co ^+2, Ni ^+2, Fe ^+2, და ასე შემდეგ. D.) , იშვიათ მიწათა იონები (Ce ^+3, Pr ^+3, Nd ^+3, Pm ^+3, Sm ^+2, Eu ^{+ 2 + 3,} თბ ^+3, სსგ ^+3, Ho ^{+3 ერი +3,} Yb ⁺³ , et al.) და actinides როგორიცაა U ^+3. ენერგეტიკული დონეები იონები პასუხს აგებს მხოლოდ იმ თაობის. ფიზიკური თვისებები ბაზაზე მასალა, როგორიცაა თბოგამტარობა და თერმული გაფართოების მნიშვნელოვანია ეფექტური ოპერაცია ლაზერულ. საიდან lattice ატომების გარშემო ლეგირებული ion იცვლის ენერგეტიკულ დონეზე. სხვადასხვა სიგრძის ტალღის თაობის აქტიური საშუალო მიიღწევა დოპინგის სხვადასხვა მასალები იმავე ion.

holmium laser

მაგალითი მყარი სახელმწიფო ლაზერული არის კვანტური გენერატორი, სადაც holmium atom ცვლის ბაზის მატერიალურ ბროლის lattice. Ho: YAG არის ერთ-ერთი საუკეთესო lasing მასალები. ოპერაციული პრინციპი holmium ლაზერული არის, რომ yttrium ალუმინის garnet doped ერთად holmium იონების, ოპტიკურად pumped მიერ ფლეშ ნათურა და ასხივებს სიგრზის of 2097 ნმ ინფრაწითელ დიაპაზონში კარგად შეიწოვება ქსოვილებში. გამოიყენეთ ეს ლაზერული ოპერაციები სახსრების, სტომატოლოგიური მკურნალობა, რათა vaporize კიბოს უჯრედების, თირკმელების და gallstones.

ნახევარგამტარული კვანტური გენერატორი

Quantum კარგად ლაზერები იაფია, საშუალებას მასობრივი წარმოება და ადვილად scalable. ოპერაციული პრინციპი ნახევარგამტარული ლაზერული საფუძველზე გამოყენების PN-დიოდური გადაკვეთაზე, რომელიც აწარმოებს ფონზე გარკვეული ტალღის სიგრძე მიერ recombination გადამზიდავი at დადებითი კომპენსაცია, როგორც ები. LED გადასცემს სპონტანურად და ლაზერული დიოდები - მანიაკალურად. უნდა შეასრულოს პირობა მოსახლეობას inversion, ოპერაციული მიმდინარე უნდა აღემატებოდეს ბარიერი. აქტიური საშუალო ნახევარგამტარული დიოდი აქვს ხედი კავშირი ტერიტორიაზე ორგანზომილებიანი ფენებს.

პრინციპი ოპერაციის ამ ტიპის ლაზერული რომ შეინარჩუნონ რხევების არ გარე სარკის არის საჭირო. ამრეკლავი უნარი, ის გამო რომ refractive ინდექსი ფენებს და შიდა ასახვა აქტიური საშუალო, საკმარისია ამ მიზნით. ბოლოს ზედაპირზე მიეკრობა დიოდები, რომელიც უზრუნველყოფს პარალელურად ამსახველი ზედაპირებზე.

ნაერთი მიერ ჩამოყალიბებული ნახევარგამტარული მასალების იმავე ტიპის ეწოდება homojunction მიერ დადგენილი დამაკავშირებელი ორი სხვადასხვა - heterojunction.

Semiconductors პ და n ტიპის მაღალი სიხშირის მატარებლების შექმნან p-n-junction ძალიან თხელი (≈1 მმ) ამოწურული ფენას.

გაზის ლაზერულ

მუშაობის პრინციპი და გამოყენება ამ ტიპის ლაზერული შესაძლებელს ხდის შეიქმნას მოწყობილობები პრაქტიკულად ნებისმიერი სიმძლავრის (from milliwatts to მგვტ) და ტალღის სიგრძე (ულტრაიისფერი, ინფრაწითელი) და მოქმედებს pulsed და უწყვეტი რეჟიმები. დაყრდნობით ბუნების აქტიური მედია, არსებობს სამი სახის გაზის lasers, კერძოდ ატომური, იონური და მოლეკულური.

ყველაზე გაზის ლაზერები pumped ელექტრო გამონადენი. ელექტრონები მოხდის მილის დააჩქარა მიერ ელექტრული ველის შორის ელექტროდების. ისინი დაეჯახება ატომები, იონები და მოლეკულები აქტიური საშუალო და გამოიწვიოს გადასვლის მაღალი ენერგიის დონეზე, რათა მივაღწიოთ სახელმწიფო მოსახლეობის inversion და სტიმულირება გამოსხივება.

მოლეკულური laser

პრინციპი ლაზერული მოქმედება ეფუძნება იმ ფაქტს, რომ, განსხვავებით იზოლირებული ატომების და იონების ატომური და ion ლაზერები მოლეკულების ფლობენ ფართო ენერგეტიკული ბენდები დისკრეტული ენერგეტიკული დონეზე. გარდა ამისა, თითოეული ელექტრონული ენერგიის დონეზე აქვს დიდი რაოდენობით ვიბრაციული დონეზე, და ის, თავის მხრივ, - რამდენიმე ბრუნვის.

ენერგეტიკული შორის electron ენერგეტიკულ დონეზე არის UV და თვალსაჩინო რეგიონებში სპექტრი, ხოლო შორის ვიბრაციული-ბრუნვის დონეზე - შორს და ახლოს ინფრაწითელი რეგიონებში. ამდენად, ყველაზე მოლეკულური ლაზერები სამუშაო შორეულ და ახლო ინფრაწითელ რეგიონებში.

ექსიმერული lasers

Excimers ისეთი მოლეკულა, როგორც ARF, KrF, XeCl, რომელიც იყოფა სტაბილური საფუძველი სახელმწიფო და პირველ დონეზე. მუშაობის პრინციპი ლაზერული მომავალი. როგორც წესი, რიგი ადგილზე სახელმწიფო მოლეკულების არის პატარა, ასე პირდაპირი სატუმბი მიწიდან სახელმწიფო არ არის შესაძლებელი. მოლეკულების ჩამოყალიბდა პირველი აღფრთოვანებული ელექტრონული სახელმწიფოს ნაერთი, რომელსაც მაღალი ენერგეტიკული ჰალოგენიდები ინერტული აირები. მოსახლეობა inversion მიიღწევა ადვილად წლიდან რაოდენობის მოლეკულების საბაზისო დონე ძალიან დაბალია, შედარებით აღფრთოვანებული. პრინციპი ლაზერული ქმედება, მოკლედ, არის გადასვლას ვალდებული აღფრთოვანებული ელექტრონული სახელმწიფო საფუძველი სახელმწიფო დისოციაციური. მოსახლეობა ადგილზე სახელმწიფო ყოველთვის დაბალ დონეზე, რადგან ამ ეტაპზე მოლეკულა გაემიჯნებიან ატომებად.

აპარატი და ლაზერები პრინციპია, რომ ჩაშვების მილის ივსება ნარევი halide (F ₂₎ და იშვიათი გაზის (Ar). ელექტრონები ეს გამიჯვნა ionize halide მოლეკულების და შექმნას უარყოფითი იონების. დადებითი იონების Ar ⁺ და უარყოფითი F ^- რეაგირება და აწარმოოს ARF მოლეკულების პირველი აგზნებულობა დაკავშირებული შემდგომი გადასვლის ბაზის სახელმწიფო მოგერიებისას და თაობის თანმიმდევრული რადიაციული. Excimer ლაზერული, მოქმედების პრინციპი და გამოყენების, რომელშიც ჩვენ ახლა განვიხილავთ, შეიძლება გამოყენებულ იქნას სატუმბი აქტიური საშუალო საღებავი.

თხევადი laser

შედარებით მყარი, სითხეები უფრო ერთგვაროვანი და აქვს უმაღლესი სიმჭიდროვე აქტიური ატომები შედარებით, აირები. გარდა ამისა, ისინი არ არიან რთული წარმოების, საშუალებას იძლევა ადვილად სითბოს გაფრქვევა და შეიძლება ადვილად შეიცვალოს. პრინციპით მოქმედება ლაზერულ გამოიყენება როგორც მოგების საშუალო ორგანული საღებავი, როგორიცაა DCM (4 dicyanomethylene-2-მეთილ-6-p- dimethylaminostyryl-4H-pyran), rhodamine, styryl, LDS, კუმარინის, stilbene, და ასე შემდეგ. D ., იხსნება შესაბამისი გამხსნელი. გადაწყვეტა საღებავი მოლეკულების აღელვებს რადიაციული რომლის ტალღის სიგრძე აქვს კარგი შთანთქმის კოეფიციენტი. პრინციპი ლაზერული ქმედება, მოკლედ, წარმოქმნის დროს აღარ სიგრძის, მოუწოდა fluorescence. განსხვავება ენერგიის შეიწოვება და ემიტირებული ფოტონები გამოიყენება nonradiative ენერგიის გადასვლები და ათბობს სისტემა.

ფართო band fluorescence თხევადი ლაზერები აქვს უნიკალური თვისება - ტალღის სიგრძე tuning. მუშაობის პრინციპი და გამოყენების ამ ტიპის როგორც tunable ლაზერული და თანმიმდევრული სინათლის წყაროს, სულ უფრო მნიშვნელოვანი სპექტროსკოპიის, holography, და ბიოსამედიცინო პროგრამები.

ცოტა ხნის წინ, lasers გამოყენებულ იქნა საღებავი იზოტოპური გამოყოფა. ამ შემთხვევაში, ლაზერული შერჩევით excite ერთ-ერთი მათგანი, რითაც იწყება ქიმიური რეაქცია.