Načelo laserskega delovanja: značilnosti laserskega sevanja

Prvo načelo delovanja laserja, ki temelji na fiziki sevanja prava Planck je, v teoriji, Einstein leta 1917 je bila upravičena. Opisal absorpcijo, spontani in stimulira elektromagnetno sevanje z uporabo verjetnostnih koeficiente (Einstein koeficienti).

pionira se opira

Teodor Meyman bil prvi dokazati načelo delovanja z rubinasto laserja, ki temelji na optičnem črpanjem uporabi bliskovne žarnice sintetičnega Ruby, ustvari skladen sevanja z valovno dolžino 694 nm.

Leta 1960, iranski znanstveniki Javan in Bennett ustvarili prvi plin laserji z uporabo mešanice je in NE plinov v razmerju 1:10.

Leta 1962, R. N. Hall si prvo diode laser izdelan iz galijevega arzenida (GaAs), ki oddaja pri valovni dolžini 850 nm. Kasneje istega leta, Nick Golonyak razvil prvo polprevodnikov kvantni generator vidne svetlobe.

Naprava in načelo laserjev

Vsak laserski sistem vključuje aktivno medija optično nahaja med parom vzporednih in zelo odsevnih zrcal, med katerimi je prosojen, in vir energije za črpanje. Kot lahko pridobijo medij deluje kot trdno snov, tekočino ali plin, ki imajo sposobnost, da pomnožimo amplitudo svetlobnega valovanja, ki poteka skozi notranje z električnim ali optičnim črpalno sevanjem. Snov se med parom zrcal, tako da se svetloba odbije na njih vsakič, ko skozenj in, ko je dosegel znatno povečanje, prodre v pol ogledalo.

duplex okolje

Upoštevati načelo laserskega delovanja z aktivnim mediju S atoma le dve raven energije: E vzbujanjem _E2 in base _1. Če so atomi preko kateregakoli črpalni element (optično, električno praznjenje toka ali prehodnost elektronskega bombardiranja) veseljem državno E _2, v nekaj nanosekund se vrne v osnovni položaj, sevalni energiji fotonov hν = _E2 - _E1. Po Einsteinove teorije, je emisija proizvaja na dva načina: bodisi je induciran z fotona, ali pa se zgodi spontano. V prvem primeru se pojavi vzbujeno in drugi - spontano. Pri termičnem ravnovesju, je verjetnost vzbujeno je veliko nižja kot spontana (01:10 ^33), tako da je večina konvencionalnih nepovezano svetlobnimi viri in lasing mogoče razen termičnem ravnovesju pogojih.

Tudi z zelo močnimi sistemov črpanje prebivalstvo ravni se lahko izvede samo toliko. Zato, da bi dosegli populacijski inverziji ali drug način optičnega črpanja potreben sistem ravni štiri tri- ali.

Sistem na več ravneh

Kaj je načelo laser tri ravni? Obsevanje močne svetlobe frekvence ν ₀₂ črpalke do velikega števila atomov iz najnižje energija E ₀ in E ₂ zgornjega dela. Radiationless prehod z atomi E ₂ do E ₁ vzpostavlja populacijski inverziji med E ₁ in E _0, kar v praksi je to mogoče samo, če so atomi dolgo časa v metastabilni stanju E _{1 in} prehod od E ₁ do E ₂ hitro pride. Princip delovanja tristopenjski laser v teh pogojih, tako da je med E ₀ in E _1, populacijski inverziji doseženi in ojačeno fotonov energije E ₁ -E ₀ vzbujeno. Širši raven _E2 lahko poveča obseg absorpcijske valovne dolžine učinkoviteje črpalka, kar ima za posledico rast vzbujeno.

Tri ravni sistema zahteva zelo visoko tlačnega oblasti od spodnjega nivoja, ki sodelujejo pri nastanku, je baza. V tem primeru, da bi populacijski inverziji je prišlo do državne E _1, ki se črpa več kot polovico skupnega števila atomov. V tem primeru, se energija v nič. Moč črpalke se lahko močno zmanjša, če je nižja lasing plat ni lokaciji, ki zahteva vsaj sistem štirih ravneh.

Glede na naravo aktivne snovi, so laserji razdeljeni v tri osnovne kategorije, in sicer trdna, tekoča in plina. Od leta 1958, ko je bilo zabeleženo prvo generacijo v rubinasto kristal, znanstveniki in raziskovalci so preučevali široko paleto materialov, v vsaki kategoriji.

polprevodniški laser

Delovanje temelji na uporabi aktivne medija, ki se oblikuje z dodajanjem izolacijsko kristalno rešetke prehodno kovino (Ti ^3, Cr ^3, V. ^2, Co ^{+ 2,} Ni ^{+ 2,} Fe ^2, in tako naprej. D.) , redkih zemeljskih ioni (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.), in aktinidi kot U ^+3. Ravni energetski ionov, ki so odgovorni le za generacijo. Fizikalne lastnosti osnovnega materiala, kot sta toplotna prevodnost in toplotne razteznosti so pomembne za učinkovito delovanje laserja. Lokacija mreža atomov okrog dopinga iona spremeni svojo raven energije. Različne dolžine generacije valov v aktivnem nosilcu dosežemo z dopiranjem različnih materialov v istem ion.

holmij laser

Primer polprevodniški laser je kvantni generator, pri čemer holmij atomom nadomešča osnovnega materiala v kristalni mreži. Ho: YAG je eden izmed najboljših lasing materialov. Princip delovanja je holmij laserja je, itrij aluminija granat dopiran z holmij ioni, optičnega črpanja s flash svetilko in jih proizvaja pri valovni dolžini 2097 nm v infrardečem območju se dobro absorbira tkivo. S tem laser za operacije na sklepe, zobozdravstvene, za uparjanje rakave celice, ledvice in žolčnih kamnov.

Polprevodna kvantni generator

Kvantna tudi laserji so poceni, omogočajo množično proizvodnjo in so enostavno prilagodljiva. Operacijski Načelo polprevodniškega laserja , ki temelji na uporabi pn diodno stičišča, ki proizvaja svetlobo določene valovne dolžine, ki jih je rekombinacija nosilca na pozitivno pristranskosti, kot so LED. LED oddajajo spontano in laserske diode - kompulzivno. Za izpolnitev inverzijo na stanje prebivalstva, naj bi delovni tok presega prag. Zdravilna srednje polprevodniški diode ima pogled na priključnem območju dvodimenzionalne plasti.

Princip delovanja te vrste laserja je, da je za ohranitev nihanj ni potrebna še zunanja ogledala. Odsevni sposobnost, ustvarjen zaradi na lomni količnik plasti in notranjega odboja aktivne medija, zadostuje za ta namen. Končni površine cepila diode, ki zagotavlja vzporedni odražajo površin.

Spojina, ki ga tvori polprevodniškega materiala iste vrste, se imenuje homojunction, kot je določeno s povezovanjem dveh različnih - heterostik.

Polprevodniki p in n tipa z visoko gostoto nosilcev tvorita p-N-stičišča z zelo tanko (≈1 mm) osiromašeni plasti.

plinski laser

Princip delovanja in uporaba te vrste laserja omogoča ustvarjanje naprav za skoraj vse zmogljivosti (od milivatov do megavatov) in valovnih dolžin (od ultravijolične do infrardeče) in lahko delujejo pulzno in neprekinjeno načine. Glede na naravo zdravilne medijev, obstajajo tri vrste plinskih laserjev, in sicer atomske, ionske in molekularnih.

Večina plinski laserji, ki jih razelektritve prečrpa. Elektroni v cevi za izpust so pospešuje električnega polja med elektrodama. Ti zadenejo ob atomov, ionov ali molekul aktivne mediju in inducira prehod na višji ravni energije, da se doseže stanje populacijski inverziji in vzbujeno.

molekulska laserski

Načelo laserskega delovanja temelji na dejstvu, da za razliko od izoliranih atomov in ionov v atomskih in ionskih laserjev molekule razpolagajo s širokim energije pasove ločenih ravni energije. Poleg tega vsaka stopnja energija ima veliko število vibracijskih stopenj, in tistih, ki v zameno - nekaj vrtenja.

Energija med energijskih nivojev elektronov v UV in vidno regijah spektra, pri čemer je med vibracijskimi-vrtilna ravneh - na blizu in daleč infrardeče regije. Tako je večina molekularnih laserjev delajo v oddaljenih ali infrardečimi regijah.

excimer laserji

Excimers so na primer molekula kot ARF, KRF, XeCl, ki se delijo stanje stabilno podlago in na prvo stopnjo. Princip delovanja laserja naslednjega. Značilno je, da je število v osnovnem stanju molekul je majhna, zato neposredno črpanje iz osnovnem stanju ni možno. Molekule tvorjen iz prvega vzbujenega elektronskega stanja s spojino, ki ima visoko energetsko halogenidov z inertnimi plini. Inverzija prebivalstvo se doseže z lahkoto, saj je število molekul na osnovni ravni prenizka, v primerjavi z navdušena. Načelo laserskega delovanja, skratka, je prehod iz veže razburjen elektronski stanju na tleh državne disociativne. Populacija osnovnem stanju je vedno na nizki ravni, saj na tej točki molekula oddaljila v atome.

Načelo aparati in laserji obstoji v tem, da je cev za odtok vode napolnjen z zmesjo halida (F ₂₎ in redkim plinom (Ar). Elektroni v njem ločiti in ioniziranje halid molekule in ustvarjajo negativne ione. Pozitivni ioni Ar ⁺ in negativno F ^- reagirajo in proizvodnjo ARF molekule prvega vzbujeno stanje povezano z naknadno prehodom na lokaciji državne odbijanje in ustvarjanja koherentne sevanja. Excimer laser, načelo delovanja in uporaba, ki zdaj razmišlja, lahko se uporablja za črpanje aktivne medija barvila.

tekočina laserski

V primerjavi s trdnimi snovmi, tekočine so bolj homogeni in imajo višjo gostoto aktivnih atomov, v primerjavi s plini. Poleg tega, da niso težko proizvajati, omogoča enostavno odvajanje toplote in jih je mogoče enostavno zamenjati. Princip delovanja laserja se uporablja kot dobiček mediju organskega barvila, kot DCM (4-dicyanomethylene-2-metil-6-p- dimethylaminostyryl-4H-piran), rodamin, stiril, LDS, kumarin, stilbena, in podobno. D ., raztopljena v primernem topilu. Raztopino molekulami barvne snovi se vzbuja z valovanja, katerega valovna dolžina je dober absorpcijski koeficient. Načelo laserskega delovanja, skratka, je ustvariti na daljše valovne dolžine, ki se imenuje fluorescenca. Razlika med energijo absorbira in oddaja fotone uporablja nonradiative energije prehodov in segreva sistem.

Širši pas fluorescence tekoče laserji ima edinstveno funkcijo - valovna dolžina tuning. Princip delovanja in uporabe te vrste kot nastavljivim laserjem in usklajenega vira svetlobe, postaja vse bolj pomembno v spektroskopiji, holografijo, in v biomedicinskih aplikacijah.

V zadnjem času so bili laserji uporabljajo za barvanje za ločevanje izotopov. V tem primeru, laser selektivno vzbujanje eden izmed njih, zaradi česar začnejo kemično reakcijo.