Lazer harakat tamoyili: lazer nurlanish xususiyatlari

1917 nazariyotchisi Plank ning radiatsiya qonun fizika asoslangan lazer, amal birinchi printsipi, Eynshteyn haq bo'ldi. U o'z-o'zidan, so'rilishini tasvirlangan va ehtimol katsayıları (Eynshteyn koeffitsientlari) yordamida elektromagnit radiatsiya rag'batlantirdi.

trailblazers

Teodor Meyman harakatlar tamoyilini namoyish etish birinchi bo'lib bir yoqut lazer, flesh chiroq sintetik yoqut yordamida optik yurishi asoslangan, 694 nm to'lqin uzunligi bo'lgan izchil nurlanish chiqaradi.

1960 yilda Eron olimlar Javan va Bennet 1:10 nisbatda U va Ne gazlar karışımlarını yordamida birinchi gaz lazer yaratilgan.

1962-yilda, R. N. Hall birinchi qiladi diyot lazer 850 nm to'lqin da moslamasi, galyum arsenit (Gash) qilingan. Keyinchalik shu yil, Nick Golonyak ko'rinadigan yorug'lik birinchi yarim o'tkazgich kvant generator ishlab chiqildi.

Qurilma va lazer tamoyili

Har bir lazer tizimi optik shaffof bo'lib ulardan biri parallel va yuqori aks ettiruvchi oyna bir juft o'rtasida joylashtirilgan faol muhiti va uni nasos uchun elektr manbai o'z ichiga oladi. daromad o'rta elektr yoki optik nasos nurlanish bilan ichki u orqali o'tgan nur to'lqin amplitüdünü oshirmoq qobiliyatiga ega bo'lgan qattiq, suyuq yoki gaz, deb harakat mumkin. Ularning har doim aks nur u orqali o'tadi va bir jiddiy o'sishiga erishilgan chiqib, yarim ko'zgu kirganini, shunday qilib, modda oyna bir juft o'rtasida joylashtirilgan.

dupleks atrof-muhit

E xursand E ₂ va tayanch _1: kimning atomlar faqat ikki energiya darajasini bor faol muhiti bilan lazer harakatlar tamoyilini ko'rib _chiqamiz. har qanday nasos mexanizmi (optik, elektr chiqarish joriy yoki o'tkazuvchanligini elektron bombardimon qilish) orqali atomlar bir davlat E ₂ xursand _bo'lsa, bir necha nanosaniye ular energiya fotonlar radiatsion, asosiy holatiga qaytadi hν = E ₂ - E _1. Eynshteynning nazariyasiga ko'ra, emissiya ikki xil yo'l bilan ishlab chiqariladi: yo u foton sabab bo'ladi, yoki o'z-o'zidan sodir bo'ladi. Sobiq holda, rag'batlantirdi emissiya sodir va ikkinchi - o'z-o'zidan. At issiqlik muvozanati, eng an'anaviy mantiqsiz yorug'lik manbalari va Lizing issiqlik muvozanati boshqa sharoitlarda mumkin, shunday qilib, dalda emissiya ^ehtimoli (1:10 ³³⁾ o'z-o'zidan ancha past bo'ladi.

Hatto juda kuchli nasos aholi darajadagi tizimlari bilan faqat teng amalga oshirilishi mumkin. Shuning uchun, aholi zid yoki boshqa optik nasos usuli erishish uchun uch yoki to'rt-darajali tizimini talab qiladi.

ko'p darajali tizimi

uch-darajali lazer tamoyili nima? ₀₂ ν chastotasi kuchli yorug'lik nurlanish eng past energiya darajasi E ₀ va yuqori E ₂ atomlarning bir qator yuqoriga haydaydi. E ₁ atomlar E ₂ Radiationless o'tish atomlar bir metastabil davlat E ₁ uzoq vaqt bo'lganda amalda mumkin E ₁ va E ₀ o'rtasida aholi _zid, va ₂ tez sodir E E ₁ dan o'tishni belgilaydi. E ₀ va E _{1 o'rtasidagi,} aholi inversiya erishiladi va foton energiyasi E ₁ -E ₀ rag'batlantirdi emissiyasini ko'tariladi, shunday qilib, uch-darajali lazer ishlash printsipi, bu sharoitda bo'ladi. Keng darajada E ₂ rag'batlantirdi emissiya o'sishi natijasida, yanada samarali urishi yutilish to'lqin uzunligi oralig'ida oshirish mumkin.

tizimi quyi darajada beri juda yuqori nasos quvvat talab Uch-darajali, avlod jalb qilingan, bu baza hisoblanadi. Bu holda, aholi inversiyon uchun davlat E ₁ sodir atomlarning umumiy sonining yarmidan ortiq shimib kerak. Bu holda, energiya isrof bo'ladi. quyi Lizing darajasi kamida to'rt-darajali tizimini talab bazasi, bo'lmasa nasos kuch katta kamaytirish mumkin.

faol moddaning tabiatiga qarab, lazer uch asosiy kategoriyalari, ya'ni qattiq, suyuq va gaz tasniflanadi. birinchi avlod yoqut kristall kuzatildi qachon 1958 yildan boshlab, olimlar va tadqiqotchilar har turkumidagi materiallar keng ko'lamli o'rganganingiz.

qattiq-davlat lazer

operatsiya izolyatsiyalash kristallik panjarasidagi o'tish metall qo'shib hosil faol o'rta foydalanish asoslangan (shunday qilib, Ti ^+3, Cr ^+3, V ^+2, Co ^+2, Ni ^+2, Fe ^{+2 va.} D) , nodir tuproq ionlarining (Ce ^+3, Pr ^+3, Nd ^+3, AM ^+3, Sm ^+2, Eu ^{2, + 3,} Tb ^+3, Dy ^+3, Xo ^+3, G'ur ^+3, Yb ⁺³ , va boshq.), va bunday U ⁺³ kabi ^aktinitler. energiya sathi faqat avlod uchun mas'ul ion. Bunday issiqlik o'tkazuvchanlik va tayanch materiallar jismoniy xususiyatlari, issiqlik kengaytirish lazer samarali ishlashi uchun muhim ahamiyatga ega. a katkılandırma ion atrofida atomlar Manzil panjara energiya darajasini o'zgartiradi. faol o'rta to'lqin avlodni turli uzunliklar shu ion turli materiallar doping bilan qo'lga etiladi.

Holmiyum lazer

mustahkam-davlat lazer misol holmium atom kristall panjaralari asosi moddiy o'rnini bo'lib, bir kvant generator, deb. Ho: yog 'yaxshi Lizing materiallar biridir. holmium lazer ishlash printsipi holmium ionlari, optik flesh chiroq bilan shimib va yaxshi to'qimalarning tomonidan so'riladi infraqizil oralig'ida yilda 2097 nm to'lqin da chiqaradi bilan katkılandırma deb itriyum alyuminiy granat hisoblanadi. saraton hujayralarini, buyrak va o't pufagida toshlar bug'lanmoq uchun bo'g'imlarning, tish davolash bo'yicha operatsiyalar uchun bu lazer foydalaning.

Yarim o'tkazgich kvant generator

Kvant quduq lazer, ommaviy ishlab chiqarish imkonini beradi arzon va oson ölçeklenebilir. operatsion tamoyili yarimo'tkazgich lazer nurli ko'rsatkichlar, ijobiy tarafkashlik da Tashuvchining rekombinasyon bilan ma'lum to'lqin uzunligi nurini ishlab chiqaradi pn-diyot Junction, foydalanishga asoslangan. LED o'z-o'zidan va lazer diyot chiqaradi - compulsively. Ahvoli aholi zid bajarish uchun, operatsion joriy pol oshmasligi kerak. yarim o'tkazgich diyot faol o'rta ikki o'lchovli qatlamlari aloqa sohasida bir ko'rinishi bor.

Lazer Ushbu turdagi ishga tamoyili, hech tashqi oyna talab qilinadi tebranishini saqlab qolish uchun emas. tufayli yaratilgan o'ychan qobiliyati, sinishi indeksi uchun qatlamlari va faol o'rta ichki aks ettirish, bu maqsad uchun kifoyadir. end yuzalar parallel aks yuzalarga beradi diyotlar yopishib.

heterojunction - ikki xil bog'lovchi tomonidan belgilangan bir xil turdagi yarimo'tkazgich material tomonidan tashkil aralashma, bir homojunction deyiladi.

tashuvchilarning yuqori zichligi bilan p va n tipdagi Semiconductors juda yupqa (≈1 mm) yaroqsiz qatlami bilan p-n-birikma hosil qiladi.

gaz lazer

foydalanish va lazer Ushbu turdagi foydalanish tamoyili imkon (infraqizil uchun ultrabinafsha) va to'lqin uzunligi (MVt uchun miliwatt dan) deyarli har qanday salohiyatini qurilmalar yaratish va pulsed va uzluksiz modlarında mumkin qiladi. faol axborot vositalari tabiat asoslangan, ya'ni, atom ion va molekulyar gaz lazer, uch turi bor.

elektr zaryadga tomonidan shimib Eng gaz lazer. chiqarish naychasidan elektronlar elektrod orasidagi elektr maydon tomonidan tezlashadi. Ular atom, ion yoki faol o'rta molekulalar bilan to'qnashib va aholi inversiyon va dalda emissiya bir davlatni erishish uchun yuqori energiya darajasiga o'tish qo'zg'amoq.

molekulyar lazer

lazer harakat tamoyili atom va ion lazer xavfsiz holatga atomlar va ionlar farqli o'laroq molekulalar diskret energetik darajada keng energiya chizig'ini ega, deb aslida asoslangan. Bir necha aylanish - Bundan tashqari, har bir elektron energiya darajasi katta tebranish darajadagi sonini, va o'z navbatida o'sha ega.

uzoq va yaqin infraqizil viloyatlarida - elektron energiya sathi orasidagi energiya tebranish-aylanish sathi orasida esa, spektrining UV va ko'rinadigan mintaqalarda joylashgan. Shunday qilib, molekulyar lazer eng uzoq yoki yaqin-infraqizil hududlarida ish.

eksimer lazer

Excimers barqaror zamin holati va birinchi darajada bo'linadi urf, KRF, XeCl kabi molekula bor. Keyingi lazer ishga tamoyili. Odatda, molekulalar zamin shtatida soni kichik bo'lgan, shuning uchun zamin davlatdan to'g'ri yurishi mumkin emas. molekulalar inert gazlar bilan yuqori energiya Xolid bo'lgan bir tarkibi birinchi xursand elektron davlat shakllangan. aholi inversiya asosiy darajada molekulalar soni xursand bilan solishtirganda, juda past, chunki oson erishiladi. lazer harakat tamoyili, xullas, bir zamin davlat Dissosiyatif uchun bog'lab xursand elektron davlatdan o'tish hisoblanadi. Bu nuqtada molekula atomlari ichiga ajratilgan chunki zamin davlat aholisi, past darajada har doim bo'ladi.

apparat va lazer printsipi evakuatsiya trubkasi, Xolid aralashmasi (F ₂₎ va nodir gaz (Ar) bilan to'ldirilgan deb iborat. unda elektronlar ajratilgan va Holid molekulalarni ionize va salbiy ionlar hosil qiladi. Ijobiy ionlar Ar ⁺ va salbiy F ^- munosabat va izchil nurlanish bazasi davlat daf va avlodga keyingi o'tish bilan bog'liq birinchi xursand holatda urf molekulalar ishlab chiqarish. Excimer lazer, harakat tamoyili va biz hozir ko'rib chiqilmoqda qaysi foydalanish, bo'yoq faol o'rta yurishi uchun foydalanish mumkin.

suyuq lazer

qattiq bilan solishtirganda, suyuqliklar yana bir hil va gazlar bilan solishtirganda, faol atomlarning yuqori zichlikka ega. Bundan tashqari, ular, ishlab chiqarish oson issiqlik tarqatish uchun qiyin emas va osonlik bilan o'zgartirilishi mumkin. Lazer harakat tamoyili kabi DKM kabi organik bo'yoq bir daromad o'rta, deb ishlatiladi (4-dicyanomethylene-2-metil-P 6 dimethylaminostyryl-4H-Pirom), Rhodamin, styryl, STS, qimor, qilingan stilben, va shunga o'xshash. D ., muvofiq hal qiluvchi ichida eritiladi. bo'yoq molekulalari bir yechim uning to'lqin uzunligi, yaxshi yutilish koeffisiyenti bor nurlanishi bilan xursand bo'ladi. lazer harakat tamoyili, xullas, nurlanish deb ataladi uzoq to'lqin uzunligi, o'zida ishlab chiqarish uchun emas. energiyasi orasidagi farq so'riladi va chiqadigan fotonlar nonradiative energiya O'tishlarning ishlatiladi va tizimi isitadi.

to'lqin uzunligi Tyuning - keng frans nurlanish suyuq lazer noyob xususiyati bor. ishga va sozlanishi lazer va izchil yorug'lik manbai sifatida, bu turdagi foydalanish tamoyili tobora spektroskopiya, Holografinin muhim va biyomedikal ilovalar bilan aylanmoqda.

Yaqinda, lazer izotopi ajralib uchun bo'yash uchun ishlatiladigan qilingan. Bu holda, lazer tanlab bir kimyoviy reaksiya boshlanadi so'ramay, ulardan biri tortmaslik.