It prinsipe fan laser aksje: skaaimerken fan laser strieling

De earste prinsipe fan aksje fan de laser, dy't basearre is op de fysika fan Planck syn strieling wet, yn teory, Einstein yn 1917 waard rjochtfeardige. Hy beskreau de opname, spontaan en stimulearre elektromagnetyske strieling mei help kâns coefficients (Einstein coefficients).

Babes

Teodor Meyman wie de earste omtinken oan it prinsipe fan de aksje fan in robyn laser, basearre op de optyske poldergemaal mei help fan in flash lamp syntetyske robyn, produsearret it gearhingjende strieling mei in golflingte fan 694 nm.

Yn 1960, Iraanske wittenskippers Javan en Bennett makke de earste gas lasers mei help mixtures fan Hij en Ne gassen yn in ferhâlding fan 1:10.

Yn 1962, R. N. Hall makket in earste Diode laser makke fan gallium arsenide (GaAs), emitting op in golflingte fan 850 nm. Letter dat selde jier, Nick Golonyak ûntwikkele de earste semiconductor kwantum generator fan sichtber ljocht.

It apparaat en it prinsipe fan lasers

Elts laser systeem omfiemet in aktive medium optically pleatst tusken in pear parallelle en tige reflecting spegels, ien dêrfan is trochskinende, en in macht source for pompen is. As de winst medium kin fungearje as fêste stof, floeistof of gas, dat hawwe de mooglikheid om amplify it befieming fan it ljocht weach passing trochhinne ynwindich mei elektryske of optyske poldergemaal strieling. De stof wurdt pleatst tusken in pear spegels sadat it ljocht wjerspegele yn harren eltse kear foarby trochhinne en, do't berikte signifikant tanommen, penetrates de heale spegel.

Duplex omjouwing

Tink oan it prinsipe fan Laser aksje mei in aktyf medium wêrfan atomen hawwe mar twa enerzjy nivo: E opwûn E ₂ en basis _1. As de atomen fia eltse pumping meganisme (Optical, elektryske discharge aktive of transmittance elektron bombardemint) binne oanslein foar in steat E _2, yn in pear nanoseconds se werom nei de basis posysje, striele enerzjy fotoanen hν = E ₂ - E _1. Neffens Einstein syn teory, de útstjit wurdt produsearre yn twa ferskillende wizen: Of it is net feroarsake troch in foton, of it foarkomt spontaan. Yn de eardere gefal, stimulearre útstjit oppenearret en it twadde - spontane. By termyske lykwicht, de kâns stimulearre útstjit is folle leger as de spontane (1:10 ^33), sadat de measte konvinsjonele incoherent ljocht boarnen, en lasing is mooglik yn de omstannichheden oars as termyske lykwicht.

Sels mei in hiel sterke poldergemaal befolking-nivo systemen kin allinnich wurde makke gelyk. Dêrom, om te berikken de befolking omkearing of oare optyske pumping metoade freget om in three- of fjouwer-nivo systeem.

multi-level systeem

Wat is it prinsipe fan 'e trije-nivo laser? It irradiation fan intense ljocht fan frekwinsje ν ₀₂ pompen in grut tal atomen út de leechste enerzjy nivo E ₀ en E ₂ fan de boppeste. Radiationless oergong mei de atomen E ₂ oant E ₁ leit in befolking omkearing tusken E ₁ en E _0, dy't yn 'e praktyk is allinne mooglik as de atomen binne in lange tiid yn in metastable steat E _1, en de oergong fan E ₁ oant E ₂ komt hurd. It bestjoeringssysteem prinsipe fan in trije-nivo laser is yn dizze omstannichheden, sadat tusken E ₀ en E _1, de befolking omkearing wurdt berikt en wurdt fersterke foton enerzjy E ₁ mei grammatikale ₀ stimulearre emission. Ferromming nivo E ₂ koe tanimme de opname golflingte berik om effisjinter pump, resultearret yn 'e groei fan it stimulearre emission.

Three-nivo systeem freget om in hiel hege poldergemaal macht sûnt de legere nivo, wurde belutsen by de generaasje, it is in basis. Yn dit gefal, om te befolking omkearing die him foar oan de steat E ₁ te pompt mear as de helte fan it totaal tal atomen. Yn dat gefal wurdt de enerzjy wurdt fergriemd. De pomp macht kin sterk fermindere as de legere lasing nivo is net de basis, dy't freget op syn minst in fjouwer-nivo systeem.

Ofhinklik fan de aard fan 'e aktive stof, de lasers wurde yndield yn trije kategoryen basis, nammentlik bêst, floeistof en gas. Sûnt 1958, doe't de earste generaasje waard waarnomd yn in robyn kristal, wittenskippers en ûndersikers hawwe studearre in breed skala oan materialen yn eltse kategory.

bêst-state laser

De operaasje is basearre op it brûken fan in aktive medium dat wurdt foarme troch it tafoegjen fan in isolearjende crystal lattice oergongsmetaal (Ti ^+3, Cr ^+3, V ^+2, Co ^+2, Ni ^+2, Fe ^+2, ensafuorthinne. D.) , seldsumer ierde ioanen (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.), en de actinides lykas U ^+3. De enerzjy nivo fan de ioanen ferantwurdlik allinne foar de generaasje. Fysike eigenskippen fan de basis materiaal, lykas termyske conductivity en termyske útwreiding binne wichtich foar de effisjinte wurking fan de Laser. Lokaasje lattice fan atomen om in doped ion feroaret syn enerzjy nivo. Ferskillende lingtes fan de golf generaasje yn de aktive medium wurde helle troch doping ferskate materialen yn itselde ion.

holmium laser

In foarbyld fan in bêst-steat laser is in kwantum generator, wêrby't holmium atoom ferfangt de basis materiaal fan it kristal lattice. Ho: yag is ien fan de bêste lasing materialen. It bestjoeringssysteem prinsipe fan 'e holmium laser is dat yttrium aluminium Garnet doped mei holmium ioanen, optically pompt troch flash lampe en emits op in golflingte fan 2097 nm yn it ynfraread oanbod wurdt goed opnaam yn de weefsels. Brûk dizze laser foar operaasjes op de gewrichten, Dental behanneling, te vaporize kanker sellen, nieren en gallstones.

In semiconductor quantum generator

Kwantum goed lasers binne goedkoop, tastean massa produksje en binne maklik scalable. De bedriuwsfieringskosten prinsipe fan 'e semiconductor laser basearre op it brûken fan pn-Diode junction, dy't produsearret ljocht fan in beskate golflingte troch de Rekombinaasje fan de ferfierder op in positive foaroardielen, lykas LEDs. LED emit spontaan en laser diodes - compulsively. Dat foltôge wirde mocht it betingst befolking e omkearing west, it bestjoeringssysteem hjoeddeistige moat heger wêze as in drompel. De aktive medium yn in semiconductor spanner hat in sicht fan de ferbining gebiet fan twadiminsjonale lagen.

It prinsipe fan de wurking fan dit soarte fan laser is dat yn stân te hâlden oscillations gjin eksterne spegel is fereaske. De spegeljende fermogen, makke troch nei de brekkingsyndeks lagen en ynterne spegelbyld fan 'e aktive medium, is genôch foar dit doel. De ein oerflakken hingjen bliuwe diodes dat jout parallel reflecting oerflakken.

De gearsetting foarme troch de semiconductor materiaal fan itselde type hjit in homojunction, lykas fêststeld troch it ferbinen twa ferskillende - heterojunction.

Semiconductors fan p en n type mei in hege tichtheid fan de ferfiersûndernimmers foarmje in p-n-knooppunt mei in hiel tin (≈1 mm) ferearme laach.

gas laser

It prinsipe fan wurking en it brûken fan dit type laser makket it mooglik te meitsjen apparaten fan hast eltse kapasiteit (fan milliwatts oant megawatts) en golflingten (út Ultraviolet te ynfraread) en kin operearje yn pulsed en trochrinnende stannen. Op grûn fan 'e aard fan' e aktive media, binne der trije soarten fan gas lasers, nammentlik atomic, Ioanyske en molekulêre.

De measte gas lasers pompt troch elektryske ôfskieding. De elektroanen yn de floed buis wurde fersneld troch it elektrysk fjild tusken de elektroden. Se gearfoegje mei atomen, ioanen of molekulen fan in aktyf medium en induce oergong nei hegere enerzjy nivo te kommen ta in steat fan de befolking omkearing en stimulearre emission.

molecular laser

It prinsipe fan laser aksje is basearre op it feit dat, oars as it isolearre atomen en ioanen in atoomkearn en ion lasers molekulen besitte brede enerzjy bands fan diskrete enerzjy nivo. Boppedat, elk elektron enerzjy nivo hat in grut oantal vibrational nivo, en dy op syn beurt - in pear rotational.

De enerzjy tusken it elektron enerzjy nivo is yn 'e UV en sichtber streken fan it spektrum, wylst tusken de vibrational-rotational nivo - yn' e fier en tichtby ynfraread regio. Sa, it grutste part fan de molekulêre lasers wurkje yn in fiere of tichtby-ynfraread regio.

excimer lasers

Excimers binne sokke molecule as Arf, KrF, XeCl, dy't ferdield stabyl grûn steat en it earste nivo. It prinsipe fan de wurking fan de Laser neist. Typysk, it oantal yn 'e grûn steat fan de molekulen is lyts, sadat de direkte poldergemaal út de grûn steat is net mooglik. De molekulen foarme yn de earste opwûn elektroanyske steat troch in gearsetting it hawwen fan in hege enerzjy halides mei inerte gassen. De befolking omkearing wurdt berikt maklik sûnt it oantal molekulen op in basis nivo is te leech, ferlike mei it oanslein. It prinsipe fan laser aksje, koartsein, is te oergong fan in bound oanslein elektroanyske steat nei in grûn steat dissociative. De befolking fan de grûn steat stiet altyd op in leech nivo, omdat op dit punt it molekúl dissociate yn atomen.

It apparaat en lasers prinsipe bestiet yn dat de floed buis is folle mei in mingsel fan halide (F ₂₎ en seldsume gas (Ar). De elektroanen yn it dissociate en ionize de halide molekulen en meitsje negatyf ioanen. Positive ioanen Ar ⁺ en negatyf F ^- reagearje en produsearje Arf molekulen yn de earste opwûn steat ferbûn mei de lettere oergong nei de basis steat repelling en generaasje fan gearhingjende strieling. Excimer laser, it prinsipe fan aksje en it brûken fan dêr't wy wurde no sjoen, koenen brûkt wurde foar it oanwiisd fan it aktive medium fan de kleurstof.

floeiber laser

Yn ferliking mei fêste stoffen, floeistoffen binne mear homogeen en hawwe in hegere tichtens fan aktive atomen, yn ferliking mei de gassen. Dêr kaam by dat, se binne net dreech te produsearjen, tastean maklik waarmte fersiljen en kin maklik ferfongen. It prinsipe fan de aksje fan de laser wurdt brûkt as winst yns organyske kleurstof, lykas DCM (4-dicyanomethylene-2-methyl-6-P- dimethylaminostyryl-4h-pyran), rhodamine, styryl, LDS, coumarin, stilbene, en al sa mear. D ., oplost yn in passend solvent. In oplossing fan de kleurstof molekulen is entûsjast troch strieling wêrfan golflingte hat in goede absorption koëffisjint. It prinsipe fan laser aksje, koartsein, is te generearjen op in langere golflingte, neamd fluorescence. It ferskil tusken de enerzjy geabsorbeerd en ynfoege, fotoanen brûkt nonradiative enerzjy transysjes en verwarmt it systeem.

Bredere band fluorescence liquid lasers hat in unike eigenskip - golflingte tuning. It prinsipe fan wurking en it brûken fan dit type as tunable laser en de gearhingjende ljocht boarne, wurdt hieltiten wichtiger yn spectroscopy, holography, en yn biomedical applikaasjes.

Okkerdeis, lasers binne brûkt om dye foar isotoop Nazireërskip. Yn dat gefal wurdt de laser selektyf excite ien fan harren, wat begjinne in gemyske reaksje.