Az elv a lézer akció: jellemzői lézersugárral

Az első működési elve a lézer, amelynek alapja a fizika Planck sugárzási jogot, elméletileg Einstein 1917-ben indokolt volt. Leírta az abszorpciós, spontán és stimulált elektromágneses sugárzás alkalmazásával valószínűsége együtthatók (Einstein együtthatók).

úttörők

Teodor Meyman volt az első, hogy bizonyítsa a elvét fellépés egy rubinlézer, alapján az optikai pumpáló egy villanólámpa szintetikus rubin, előállítja a koherens sugárzás hullámhosszú 694 nm.

1960-ban, az iráni tudósok Jáván és Bennett létrehozta az első gázlézereket keverékeket használva Ő és Ne gázok 1:10 arányban.

1962-ben, R. N. terem teszi egy első dióda lézer készült gallium-arzenid (GaAs), kibocsátó hullámhosszon 850 nm-es. Ugyanebben az évben, Nick Golonyak kifejlesztette az első félvezető kvantum generátor látható fény.

A készülék és az elv lézerek

Minden lézer rendszer tartalmaz egy aktív közeg optikailag közé helyezett egy pár párhuzamos, és erősen visszaverő tükröt, amelyek közül az egyik áttetsző, és egy áramforrása szivattyúzás. Mivel az erősítés közeg működhet, mint egy szilárd, folyékony vagy gáz, amelyek képesek, hogy amplifikáljuk az amplitúdó a fényhullám a rajta áthaladó belső elektromos vagy optikai pumpálási sugárzással. Az anyagot helyezünk egy pár tükör, hogy a fény visszaverődik minden alkalommal áthalad rajta, és miután elérte a jelentős növekedés áthatol a félig áteresztő tükör.

duplex környezet

Tekintsük a elvét lézer akció aktív közepes amelynek atomok csak két energia szintjét: E izgatott E ₂ és a bázis _1. Ha az atomok bármelyikén keresztül pumpáló mechanizmussal (optikai, elektromos kisülési áram vagy transzmittancia elektron besugárzás) izgatott, hogy egy állami E _2, egy néhány ns visszatérnek az alapállás, sugárzó energia fotonok hv = E ₂ - E _1. Szerint Einstein elmélete, a kibocsátási termelődik két különböző módon: vagy ez által indukált egy fotont, vagy spontán módon. Az előbbi esetben, stimulált emisszió lép fel, és a második - spontán. A termikus egyensúly, a valószínűsége a stimulált kibocsátás sokkal alacsonyabb, mint a spontán (1:10 ^33), úgy, hogy a legtöbb hagyományos inkoherens fényforrások, és lasing lehetséges a feltételektől eltérő termikus egyensúlyban.

Még egy nagyon erős pumpáló populáció szintű rendszerek csak egyenlővé. Ezért, hogy elérjék a populáció inverzió vagy más optikai pumpáló módszer megköveteli egy három- vagy négy-szintű rendszer.

többszintű rendszer

Mi az az elv, a három szintű lézer? A besugárzás intenzív fény frekvencia ν ₀₂ szivattyúk egy nagy számú atomja a legalacsonyabb energiájú E ₀ és E ₂ a felső. Sugárzásmentes átmenet az atomokkal E _{2-E 1} létrehoz egy populáció inverzió közötti E ₁ és E _0, ami a gyakorlatban csak akkor lehetséges, ha az atomok hosszú ideig egy metastabil állapotban E _1, és az átmenetet a E _{1-E 2} gyorsan bekövetkezik. A működési elve egy három-szintű lézer ilyen körülmények között, úgy, hogy közöttük az E ₀ és E _1, a populáció inverzió érjük, és amplifikáljuk fotonenergia E ₁ -E ₀ indukált emisszió. Szélesebb szintű E ₂ növelheti az abszorpciós hullámhossz-tartományban, hogy hatékonyabban szivattyú, ami a növekedés a stimulált emisszió.

Három szintű rendszert igényel egy nagyon nagy szivattyúzási teljesítmény, mivel az alsó szinten, részt vesznek a termelés, ez egy alap. Ebben az esetben, annak érdekében, hogy populáció inverzió történt az E állapot ₁ szivattyúzott több mint a fele az atomok számának összege. Ebben az esetben az energiaveszteség. A szivattyú teljesítménye is jelentősen csökkenthető, ha az alsó lasing szint nem a bázis, amely szerint legalább egy négy szintű rendszer.

Jellegétől függően a hatóanyag, a lézerek sorolják három alapvető kategóriába, nevezetesen szilárd, folyékony és gáz. 1958 óta, amikor az első generációs volt megfigyelhető a rubin kristály, a tudósok és kutatók tanulmányozták a sokféle anyag mindegyik kategóriában.

szilárdtest lézer

A működés alapja a használata aktív közepes ami képződik hozzáadásával szigetelő kristályrács átmenetifém (Ti ^+3, Cr ^{+ 3,} V ^2, Co ^{+ 2,} Ni ^{+ 2,} Fe ^{+ 2,} és így tovább. D.) , ritkaföldfém ionok (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.), és az aktinidák, mint az U ^+3. Az energia szintjét az ionok felelősek csak a generáció. Fizikai tulajdonságai az alapanyag, mint például a hővezetőképesség és a hőtágulás szempontjából fontos, hogy a hatékony működés a lézer. Hely rács atomok körül dotált ion megváltoztatja az energiaszintet. Különböző hosszúságú hullám generáció az aktív közegben adalékolásával érik el különböző anyagokat ugyanazon ion.

holmium lézeres

Egy példa a szilárdtest lézer a kvantum-generátor, azzal jellemezve, holmium atom helyettesíti az alapanyag a kristályrácsban. Ho: YAG egyik legjobb lasing anyagokat. A működési elve a holmium lézer, hogy az ittrium-alumínium-gránát adalékolt holmium ionok, optikailag pumpált flash lámpa, és a kibocsátott hullámhossz 2097 nm az infravörös tartományban jól a szövetekben abszorbeálódik. Használja ezt a lézer működését az ízületeket, fogászati kezelés, párolog a rákos sejteket, a vese és epekő.

A félvezető kvantum generátor

Quantum jól lézerek olcsók, hogy a tömegtermelés, és könnyen skálázható. A működési elve a félvezető lézer használatán alapuló PN-dióda csomópont, amely termel fényt egy bizonyos hullámhosszú rekombinációjával a hordozó egy pozitív torzítás, mint a LED-ek. LED bocsátanak ki spontán és lézer diódák - kényszeresen. Feltétel teljesítésének populáció inverzió, az üzemi áram kell haladja meg. Az aktív közeg egy félvezető dióda van véve a csatlakoztatási területén kétdimenziós réteg.

A működési elve az ilyen típusú lézer, hogy fenntartani rezgések nincs külső tükör van szükség. A visszaverő képesség, létrehozni, mert a törésmutató rétegek és a belső visszaverődés az aktív közeg, elegendő erre a célra. Végfelületek hasítja diódák, amely a párhuzamos visszaverő felületek.

A képződött vegyület a félvezető anyagban azonos típusú nevezzük homojunction, által létrehozott összekötő két különböző - heterojunction.

Semiconductors p és n típusú, nagy sűrűségű hordozók alkotnak egy p-n-csomópont egy nagyon vékony (≈1 mm) kimerült réteget.

gáz lézer

A működési elve és alkalmazása az ilyen típusú lézer lehetővé teszi, hogy hozzon létre eszközöket, amelyek gyakorlatilag bármilyen kapacitás (mW hogy megawatt) és hullámhosszú (ultraibolya és infravörös) és működhetnek pulzáló és folyamatos üzemmódban. Jellege alapján az aktív média, három típusú gázok lézerek, nevezetesen atomi, ionos és molekuláris.

A legtöbb gázlézereket pumpált elektromos kisülés. Az elektronok a kisülő csőben felgyorsulnak az elektromos mező által az elektródák között. Ütköznek atomok, ionok vagy molekulák aktív közepes és indukálják átmenet magasabb energia szinten, hogy állapotának elérésére populáció inverzió és stimulált emisszió.

molekuláris lézeres

Az elv a lézeres intézkedés azon a tényen alapul, hogy ellentétben az izolált atomok és ionok atomi és ion lézerek molekulának széles energia sávok a diszkrét energiaszinteket. Ezen kívül minden elektron energia szinten van egy nagy számú vibrációs szintek, és azok viszont - néhány forgási.

Az energia közötti elektron energia szintje van az UV és a látható régiókban a spektrum, míg a vibrációs-rotációs szintek - a távoli és a közeli infravörös tartományban. Így a legtöbb molekuláris lézerek dolgozik egy távoli, vagy közeli infravörös régiók.

excimer lézereket

Excimers vannak az ilyen molekula ArF, KrF, XeCl, amelyek megoszlanak stabilak az alapállapot és az első szint. A működési elve a lézer mellett. Jellemzően a számot a alapállapotú molekulák kicsi, így a közvetlen pumpáló a talaj állapota nem lehetséges. A molekulák képződött első gerjesztett elektronikus állapotban egy vegyülettel, amelynek nagy az energia-halogenidek inert gázokkal. A populáció inverzió érjük könnyen, mivel a molekulák számát alapszinten túl alacsony, összehasonlítva a gerjesztett. Az elv a lézer akció, rövid, átmenet egy kötött gerjesztett elektromos állapotból alapállapotba disszociatív. A lakosság az alapállapot mindig alacsony szinten, mert ezen a ponton a molekula disszociál tartalmaz.

A berendezés és a lézerek elve abban van, hogy a kisülési cső van töltve keverékével halogenid (F ₂₎ és ritka gáz (Ar). Az elektronok benne disszociálnak, és ionizálja a halogenid molekulák, és hozzon létre a negatív ionokat. Pozitív ionok Ar ⁺ és negatív F ^- reagálnak, és termelnek ArF molekulák az első gerjesztett állapotban társított későbbi áttérés a bázis állapotban taszító és generációs koherens sugárzás. Excimer lézer, a működési elve és használata, amit most fontolgatja, fel lehetne használni a szivattyúzás az aktív közeg a festék.

folyékony lézer

Összehasonlítva szilárd anyagok, folyadékok inkább homogének, és van egy nagyobb sűrűségű aktív atomok, összehasonlítva gázokkal. Ezen felül, nem nehéz előállítani, így könnyen hőelvezetés és könnyen cserélhető. A működési elve a lézert alkalmazzuk nyereség közegben szerves színezék, így például DCM-ben (4-diciano-metilén--2-metil-6-p- dimethylaminostyryl-4H-pirán), rodamin, sztiril-, LDS, kumarin, sztilbén, és hasonlók. D ., feloldjuk egy megfelelő oldószerben. Ezután a színezék molekulák gerjesztett sugárzás, amelynek hullámhossza van egy jó abszorpciós együttható. Az elv a lézeres fellépés, röviden, hogy létrehoz egy hosszabb hullámhosszú, az úgynevezett fluoreszcenciát. A különbség a elnyelt energia és a kibocsátott fotonok használt nonradiative energia-átmenetek, és felmelegíti a rendszer.

Szélesebb sávban fluoreszcencia folyékony lézerek egyedülálló funkció - hullámhossz tuning. A működési elve és alkalmazása az ilyen típusú, mint a hangolható lézer és a koherens fényforrás, egyre fontosabbá válik a spektroszkópia, holográfia, és az orvosbiológiai alkalmazásokban.

Nemrégiben lézerek volna használni, hogy a festék a izotópszétválasztó. Ebben az esetben a lézer szelektív gerjesztésére egyikük, kéri kezdeni a kémiai reakcióban.