Лазерлік қолданылу принципі: лазерлік сәуле ерекшеліктері

Планк ның радиациялық заң физика негізделген Лазердің қолданылу бірінші принципі, теориясы, 1917 жылы Эйнштейн ақталды. Ол, сіңуін сипатталған риясыз ықтималдығы коэффициенттер (Эйнштейн коэффициенттері) пайдалана отырып, электромагниттік сәулелену ынталандырды.

тыңнан

Теодор Meyman іс-қимыл принципін көрсетуге бірінші болып , бір күрең Лазердің флэш шам синтетикалық пайдаланып, Рубин оптикалық айдау негізінде, 694 нм толқын ұзындығы келісілген радиациялық жасайды.

1960 жылы Иран ғалымдары Джавану және Bennett 1:10 қатынасында Ол және Ne газдар қоспаларын пайдалану бірінші газ лазер құрылды.

1962 жылы, Р. Н. Hall бірінші етеді диодный лазер 850 нм толқын ұзындығы шығаратын, арсенида галлий (GaAs) жасалған. Кейінірек сол жылы, Ник Golonyak көрінетін жарық бірінші жартылай өткізгіш кванттық генератор дамыған.

құрылғы және лазер принципі

Әрбір лазерлік жүйесі оптикалық мөлдір болып, олардың бірі параллель және жоғары көрсететін айнасы бу, және оны айдау үшін қуат көзі арасындағы орналастырылған белсенді орта қамтиды. усилительной ретінде электр немесе оптикалық сорғы сәулелену бар іштей оған арқылы өтетін жарық толқынының амплитудасы күшейту қабілеті бар, ол қатты, сұйық немесе газ ретінде әрекет ете алады. зат жарық оларға көрініс әрбір уақыт ол арқылы өтетіндей айнасы бу арасындағы орналастырылған және, айтарлықтай өсуін жетіп, жарты айнасын еніп отыр.

дуплексті қоршаған ортаны

E қозғалған E ₂ және базалық _1: атомдар тек екі энергия деңгейлері бар белсенді орта лазер іс-қимыл принципін _{қарастырайық.} E ₁ - кез келген сорғы тетігі (оптикалық, электрлік разряд ағымдағы немесе өткізу электронды соққылы) арқылы атомдары E ₂ = hν энергия фотонды радиациялық, олар негізгі орынға қайту бірнеше _{наносекунд,} мемлекеттік E ₂ қозғалған _болса. Эйнштейн теориясы бойынша, шығарындылар екі түрлі жолмен жүргізіледі: ол фотон туындаған, немесе ол стихиялық кездеседі, не. стихиялық - бұрынғы жағдайда, шығарындылар орын және екінші ынталандырды. Кезде жылу тепе-теңдік, ынталандырылған эмиссиясы ықтималдығы (1:10 ³³⁾ спонтанды әлдеқайда ^төмен, ең қарапайым некогерентной жарық көздері, сондықтан, мен генерациясының жылу тепе-теңдік басқа жағдайларда мүмкін болады.

Тіпті өте күшті насос халық деңгейлі жүйелерімен ғана тең жасалуы мүмкін. Сондықтан, халық инверсия немесе өзге де оптикалық айдау әдісін жету үшін үш немесе төрт деңгейлі жүйесі талап етеді.

көп деңгейлі жүйесі

үш деңгейлі лазер принципі қандай? ₀₂ ν жиілігін қарқынды жарық сәуле ең төменгі энергия деңгейі E ₀ және Е ₂ жоғарғы туралы атомдар үлкен санын дейін сорғылар. E ₁ атомдары Е ₂ Radiationless өтпелі атомдары бір метатұрақты мемлекеттік E ₁ ұзақ уақыт _болып, және Е ₂ E ₁ көшу тез орын алған кезде тәжірибеде ғана мүмкін болып _{табылатын,} E ₁ және Е ₀ арасында халық инверсия белгілейді. E ₀ және Е _{1 арасындағы,} халық инверсия және күшейтілген фотонды энергетикалық E ₁ -E ₀ сәуле ынталандыру болып табылады, сондықтан үш деңгейлі лазер жұмыс қағидасы, бұл жағдайда болып табылады. Кеңірек деңгейі E ₂ тиімдірек ынталандырылған эмиссиясы өсу нәтижесінде, айдауға сіңіру толқын ұзындығы ауқымын арттыруы мүмкін.

Үш деңгейлі жүйесі ұрпаққа тартылған, бұл базалық болып табылады, төменгі деңгейде, өйткені өте жоғары сорғы қуатты қажет. Бұл жағдайда, халық инверсия мақсатында көп атомдар жалпы санының жартысынан астамы айдау мемлекеттік E ₁ орын алды. Бұл жағдайда, энергия жұмсалады. төмен В генерациялау деңгейі кем дегенде төрт деңгейлі жүйесі талап базасы емес, егер сорғы электр айтарлықтай азайтуға болады.

белсенді зат сипатына байланысты, лазерлер үш негізгі санатқа, атап айтқанда қатты, сұйық және газ жіктеледі. Бірінші ұрпақ Қызыл Кристалды байқалды кезде 1958 жылдан бастап, ғалымдар мен зерттеушілер әрбір санатта материалдардың кең ауқымды зерттеген.

қатты-мемлекеттік лазерлік

операция ^{(Ni +2} Fe ⁺² Ti ^+3, Cr ^+3, V ^+2, Co ^{+2, және} т.б.. D.) оқшаулағыш кристалдық тор өтпелі металл қосу арқылы қалыптасады белсенді ортада пайдалануға негізделген , жер бетінде сирек кездесетін иондар (Ce ^+3, Pr ^+3, Nd ^+3, Pm ^+3, Sm ^+2, Eu ^{+ 2, + 3,} Tb ^+3, Dy ^+3, Хо ^+3, Ер ^+3, Yb ⁺³ , соавт.) және осындай U ⁺³ ретінде ^{актиниды.} энергия деңгейлері ғана ұрпақ жауапты иондар. мұндай жылу өткізгіштігі және негізгі материалдың физикалық қасиеттері, жылу кеңейту лазер тиімді пайдалануға маңызды болып табылады. а легирленген ион айналасында атомдарының орны тор өзінің энергетикалық деңгейлерін өзгертеді. белсенді ортада толқын ұрпақтың түрлі ұзындық сол ион түрлі материалдарды допинг арқылы қол жеткізіледі.

Holmium лазерлік

қатты күйдегі лазер үлгісі гольмиевого атом кристалды тор базалық материал ауыстырады, онда, кванттық генератор болып табылады. Хо: YAG үздік генерациясының материалдардың бірі болып табылады. гольмиевого лазер жұмыс қағидасы оптикалық флеш шам арқылы айдалады гольмиевого иондарымен легірленген деп иттрий алюминий гранат, болып табылады және инфрақызыл диапазонында 2097 нм толқын ұзындығы шығарады ақ тіндердің сіңеді. қатерлі ісік жасушалары, бүйрек және өт тастары буға айналдыру үшiн, стоматологиялық емдеу, буын бойынша операцияларды үшін осы лазер пайдаланыңыз.

А жартылай өткізгіш кванттық генератор

Кванттық ақ лазерлер арзан болып табылады, бұқаралық өндіруге мүмкіндік және оңай масштабталатын болып табылады. Жұмыс принципі өткізгіш лазер жарық диодтарының сияқты оң еңісі, кезінде тасымалдаушының рекомбинацией белгілі бір толқын ұзындығы жарық шығаратын PN-диод тоғысқан, пайдалануға негізделген. compulsively - өздігінен шығаратын және Лазерлік диодтың LED. жағдайы халық инверсия орындау үшін, операциялық ағымдағы табалдырығын аспауы тиіс. жартылай өткізгіш диод белсенді орта екі өлшемді қабаттарының байланыс ауданы түрі бар.

Лазердің бұл түрі жұмыс істеу принципі жоқ сыртқы айна қажет тербеліс сақтау үшін, бұл. байланысты құрылған шағылысатын қабілеті, сыну көрсеткіші жіктері мен белсенді ортаны ішкі көрінісі, осы мақсаттар үшін жеткілікті болып табылады. соңы беттерін көрсететін беттерді параллель қамтамасыз диодтың Джулио.

heterojunction - екі түрлі қосылу белгіленген бірдей типті жартылай өткізгіш материал құрылған құрама, бір homojunction деп аталады.

р жартылай және N тасымалдаушылардың жоғары тығыздығы түрі таусылып (≈1 мм) өте жұқа қабаты бар р-н-айрығын қалыптастыру.

газ лазерлік

Лазердің бұл түрі пайдалану және қолдану принципі (милливатт мегаватт дейін) іс жүзінде кез келген әлеуетін құрылғылар және (ультракүлгін, инфрақызыл дейін) толқын ұзындығы құру және импульстік және үздіксіз режимде жұмыс істей алады, бұл мүмкіндік береді. белсенді БАҚ сипатына негізделген, атап айтқанда, атом иондық және молекулалық лазер газ үш түрі бар.

электр разряды арқылы айдалады Ең газ лазерлер. разряд түтікке электрондар электродтар арасындағы электр өрісі тездетіледі. Олар белсенді орта атомдар, иондар немесе молекулалардың соқтығысады және халық инверсия және ынталандырылған эмиссиясы туралы мемлекет қол жеткізуге жоғары энергетикалық деңгейдегі көшу түрткілейді.

молекулярлық лазерлік

лазерлік қолданылу принципі атом және ион лазерлер молекулалардың оқшауланған атомдар мен иондар айырмашылығы энергия деңгейлерінің дискретті кең энергетикалық жолағын ие, бұл шын мәнінде негізделеді. Бірнеше айналу - Сонымен қатар, әрбір электрон энергиясы деңгейі үлкен тербелмелі деңгейлер санын, және өз кезегінде сол бар.

алыс және инфрақызыл облыстарында жақын - электрондардың энергетикалық деңгейлері арасындағы энергетикалық тербелмелі-айналмалы деңгейлері арасындағы, ал спектрін көрінетін және УК аймақтарда болып табылады. Осылайша, молекулалық лазерлердің ең алыс немесе жақын-инфрақызыл аймақтарда жұмыс істейді.

эксимерные лазер

Excimers тұрақты жер жағдайы мен бірінші деңгейі бөлінеді АРФ, ҚОФ, XeCl, сондай-ақ осындай молекуласы болып табылады. лазерлік Келесі жұмыс принципі. Әдетте, молекулалардың жер мемлекет саны аз, сондықтан жер мемлекет тарапынан тікелей айдау мүмкін емес. молекулалар инертті газдардың жоғары энергетикалық галогениды бар қосылыстар арқылы бірінші қозу электрондық күйде құрылады. базалық деңгейде молекулалардың саны қозғалған салыстырғанда, тым төмен, өйткені халық инверсия оңай қол жеткізуге болады. лазерлік қолданылу принципі, қысқа, жер мемлекет Диссоциациялық үшін байланған қозғалған электрондық жай көшу болып табылады. осы нүктесінде молекуласы атомдары диссоциировать өйткені жер мемлекет халық, төмен деңгейде әрқашан.

аппараттар мен принципі лазер бітіру түтік галогенидную (F ₂₎ және сирек газ (Ar) қоспасымен толтырылған деп тұрады. оған электрондар диссоциациялану және иондау галоид молекулаларды және теріс иондар жасау. Оң иондар Ар ⁺ және теріс F ^- келісілген сәулелену базалық мемлекеттік тойтарыс және ұрпаққа кейіннен көшуіне байланысты бірінші қозу күйінде АРФ молекулаларды жауап және шығару. Excimer лазерлік, іс-қимыл және біз қазір қарастырып жатқан оның пайдалану принципі, бояғыш белсенді ортаны айдау үшін пайдаланылуы мүмкін.

сұйық лазер

қатты денелердің салыстырғанда, сұйықтықтар астам біртекті болып табылады және газдар салыстырғанда, белсенді атомдар жоғары тығыздығы бар. Сонымен қатар, олар оңай тепловыделение мүмкіндік, өндіруге қиын емес және оңай ауыстыруға болады. Лазердің қолданылу принципі осындай DCM (4-dicyanomethylene-2-метил-6-П диметиламиностирил-4H-pyran), rhodamine, styryl, LDS, кумарин, stilbene, және сол сияқты органикалық бояғыш үлгерімін орта, сондай-ақ пайдаланылады. D ., тиісті еріткіште ерітілген. бояғыш молекулалардың шешім кімнің толқын ұзындығы жақсы сіңіру коэффициенті бар сәулелену арқылы қозғалады. лазерлік қолданылу принципі, қысқа, флуоресценция деп аталатын ұзақ толқын ұзындығы, кем генерациялау болып табылады. энергетикалық жұтып және шығаратын фотонды, арасындағы айырмашылық безызлучательного энергетикалық өтулер қолданылады және жүйесін қыздырады.

толқын ұзындығы баптау - кеңірек жолақты флуоресцентті сұйық лазерлер бірегей мүмкіндігі бар. өзгеруіне лазер және келісілген жарық көзі ретінде осы түріне пайдалануға беру және пайдалану қағидасы, спектроскопия және голография және биомедициналық қосымшаларда барған сайын маңызды.

Жақында, лазерлер изотоптарды бөлу үшін бояу үшін қолданылған. Бұл жағдайда, лазерлік селективті химиялық реакция бастау нұсқау, олардың біреуін қозғауға.