Prinsip Peta laser: fitur radiasi laser

Prinsip mimiti Peta tina laser, nu dumasar kana fisika ngeunaan hukum radiasi Planck, dina tiori, Einstein dina 1917 ieu diyakinkeun. Anjeunna digambarkeun nyerep ka, spontan sarta dirangsang radiasi éléktromagnétik maké koefisien probabiliti (Einstein koefisien).

trailblazers

Teodor Meyman éta kahiji mun demonstrate prinsip Peta of a laser Ruby, dumasar kana ngompa optik maké lampu flash Ruby sintétik, dibangkitkeun radiasi koheren mibanda panjang gelombang 694 nm.

Dina 1960, élmuwan Iran Jawa nu duanana sarta Bennett nyieun lasers gas mimitina ngagunakeun campuran tina Anjeunna sarta Ne gas dina nisbah 1:10.

Dina 1962, R. N. Aula ngajadikeun hiji mimiti laser dioda dijieunna tina gallium arsenide (GaAs), emitting dina panjang gelombang 850 nm. Engké nu sataun sami, Nick Golonyak mekarkeun generator semikonduktor kuantum munggaran ngeunaan lampu ditingali.

Alat jeung prinsip lasers

Unggal sistem laser ngawengku hiji medium aktif optik ditempatkeun diantara pasangan kaca spion sajajar jeung kacida reflecting, salah sahiji nu tembus, sarta sumber daya pikeun ngompa eta. Salaku medium gain bisa meta salaku hiji padet, cair atawa gas, nu miboga kamampuh pikeun ngagedékeun amplitudo gelombang lampu ngaliwatan eta internal kalayan radiasi ngompa listrik atawa optik. zat ieu disimpen diantara pasangan kaca spion supados lampu reflected di aranjeunna unggal waktu ngaliwatan eta na, sanggeus ngahontal jadi pinunjul, penetrates satengah eunteung.

lingkungan duplex

Mertimbangkeun prinsip Peta laser kalawan sedeng aktif anu atom boga ukur dua tingkat énergi: E bungah E ₂ sarta base _1. Mun atom via naon mékanisme ngompa (optik, listrik ngurangan ayeuna atanapi transmittance éléktron bombardment) téh bungah ka kaayaan E _2, dina sababaraha nanoseconds maranéhna balik deui ka posisi dasar, radiating foton énergi hν = E ₂ - E _1. Numutkeun téori Einstein, émisi nu dihasilkeun ku dua cara: boh eta ngainduksi ku foton a, atawa dinya lumangsung spontaneously. Dina urut hal, émisi dirangsang lumangsung sarta kadua - spontan. Dina kasatimbangan termal, kamungkinan émisi dirangsang leuwih handap batan spontan (1:10 ^33), ku kituna paling sumber lampu incoherent konvensional, sarta lasing nyaéta dimungkinkeun dina kaayaan sejen ti kasatimbangan termal.

Malah ku sistem ngompa populasi-tingkat pisan kuat ngan bisa dijieun sarua. Kituna, pikeun ngahontal inversion populasi atawa metoda ngompa optik lianna merlukeun sistem three- atawa opat-tingkat.

Sistim multi-tingkat

Naon prinsip anu laser tilu-tingkat? The irradiation cahaya sengit frekuensi ν ₀₂ ngompa nepi angka nu gede ngarupakeun atom ti tingkat énergi panghandapna E ₀ jeung E ₂ tina luhur. transisi Radiationless jeung atom E ₂ ka E ₁ ngawangun hiji inversion Populasi antara E ₁ jeung E _0, nu dina prakna ngan mungkin nalika atom anu lila dina kaayaan E métastabil _1, sarta transisi ti E ₁ ka E ₂ lumangsung gancang. Prinsip operasi of a laser tilu-tingkat dina kaayaan ieu, supaya antara E ₀ jeung E _1, anu inversion Populasi kahontal sarta amplified énergi foton E ₁ -E ₀ dirangsang émisi. Lega tingkat E ₂ bisa ngaronjatkeun rentang nyerep gelombang pikeun ngompa leuwih éfisién, hasilna tumuwuhna tina émisi dirangsang.

Tilu-tingkat Sistim merlukeun kakuatan ngompa kacida luhurna ti tingkat handap, nu aub dina generasi teh, nya eta basa. Dina hal ieu, dina raraga inversion Populasi lumangsung ka kaayaan E ₁ bisa ngompa leuwih ti satengah tina jumlah total atom. Dina hal ieu, énergi ieu wasted. Daya pompa bisa greatly ngurangan lamun tingkat lasing handap teu dasar, anu merlukeun sahenteuna sistem opat-tingkat.

Gumantung kana sifat zat aktif, anu lasers digolongkeun kana tilu kategori dasar, nyaéta padet, cair jeung gas. Kusabab 1958, nalika generasi munggaran katalungtik dina kristal Ruby, elmuwan jeung peneliti geus diajarkeun rupa-rupa bahan di tiap kategori.

laser solid nangtang

operasi anu dumasar kana pamakéan hiji medium aktif nu kabentuk ku nambahkeun hiji logam kristal kisi transisi insulating (Ti ^+3, Cr ^+3, V ^+2, Co ^+2, Ni ^+2, Fe ^+2, jeung saterusna. D.) , ion bumi jarang (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.), jeung actinides kayaning U ^+3. Tingkat énergi anu ion jawab ukur pikeun generasi. Pasipatan fisik nu bahan dasarna, kayaning konduktivitas termal jeung perluasan termal anu penting pikeun operasi efisien tina laser nu. Lokasi kisi atom sabudeureun hiji ion doped robah tingkat énergi na. panjangna rupa-rupa tina generasi gelombang dina medium aktif anu dihontal ku cara nambahkeun atawa doping ragam baku dina ion sarua.

laser Holmium

Conto laser solid nangtang téh generator kuantum, wherein atom holmium ngagantikeun bahan dasarna tina kisi kristal. Ho: YAG mangrupa salah sahiji bahan lasing pangalusna. Prinsip operasi tina laser holmium éta yttrium aluminium Garnet doped kalawan ion holmium, optik ngompa ku lampu flash na emits dina panjang gelombang 2097 nm dina rentang infra red ieu ogé diserep ku jaringan. Paké laser ieu operasi dina sendi, perlakuan dental, mun vaporize sél kanker, ginjal sarta gallstones.

A generator semikonduktor kuantum

lasers ogé kuantum nyaéta murah, ngawenangkeun produksi masal sarta gampang scalable. Prinsip operasi sahiji kana laser semikonduktor dumasar kana pamakéan simpang PN-dioda, nu ngahasilkeun cahya panjang gelombang nu tangtu ku rékombinasi of pamawa nu di bias positip, kawas LEDs. LED emit spontaneously na laser diodes - compulsively. Pikeun minuhan inversion Populasi kaayaan, anu ayeuna operasi kedah ngaleuwihan bangbarung a. Sedeng aktif dina dioda semikonduktor boga tempoan wewengkon sambungan lapisan dua diménsi.

Prinsip operasi tipe ieu laser nya éta pikeun mulasara osilasi euweuh eunteung éksternal anu diperlukeun. Kamampuh reflective, dijieun alatan kana indéks réfraktif lapisan jeung réfléksi internal tina médium aktip, nyaeta cukup keur kaperluan ieu. The surfaces tungtung megatkeun diodes nu nyadiakeun surfaces reflecting paralel.

Sanyawa dibentuk ku bahan semikonduktor ti tipe sarua disebutna homojunction a, sakumaha ngadegkeun ku cara ngahubungkeun dua béda - heterojunction.

Semikonduktor ti p sarta n jenis kalawan kapadetan luhur operator ngabentuk p-n-simpang ku pisan ipis (≈1 mm) lapisan depleted.

laser gas

Prinsip operasi sarta pamakéan tipe ieu laser ngamungkinkeun pikeun nyieun alat tina ampir kapasitas wae (tina milliwatts mun megawatts) jeung panjang gelombang (tina ultraviolet keur infra red) jeung bisa beroperasi dina modeu pulsed sarta kontinyu. Dumasar sifat media aktif, aya tilu jenis lasers gas, nyaéta atom, ionik jeung molekul.

Paling lasers gas ngompa ku ngurangan listrik. Éléktron di tube ngurangan nu gancangan ku médan listrik antara éléktroda. Aranjeunna ngahiji sacara lengkep jeung atom, ion atawa molekul hiji medium aktif na dipicuna transisi ka tingkat énergi anu leuwih luhur pikeun ngahontal kaayaan inversion populasi jeung émisi dirangsang.

laser molekular

Prinsip Peta laser anu dumasar kana kanyataan yén, teu saperti atom terasing sarta ion dina atom jeung ion lasers molekul mibanda pita énergi lega tingkat énergi diskrit. Sajaba ti éta, unggal tingkat énergi éléktronik boga angka nu gede ngarupakeun tingkat vibrational, sarta maranéhanana dina gilirannana - sababaraha rotational.

Énergi antara tingkat énergi éléktron nyaéta dina UV jeung ditingali wewengkon spéktrum, bari antara tingkat vibrational-rotational - di wewengkon infra red tebih tur deukeut. Ku kituna, paling ti lasers molekular gawe dina wewengkon jauh atawa deukeut-infra red.

lasers excimer

Excimers mangrupakeun molekul kayaning ArF, KrF, XeCl, nu dibagi kaayaan taneuh stabil sarta tingkat munggaran. Prinsip operasi tina laser salajengna. Ilaharna, jumlah dina kaayaan taneuh nu molekul téh leutik, sahingga ngompa langsung ti ground state teu mungkin. Molekul diwangun dina kaayaan éléktronik munggaran bungah ku sanyawa gaduh halida énergi tinggi jeung gas mulya. The inversion Populasi kahontal gampang saprak jumlah molekul dina tingkat dasar teuing low, dibandingkeun jeung bungah. Prinsip Peta laser, dina pondok, nyaéta pikeun transisi ti kaayaan éléktronik bungah kabeungkeut ka dissociative kaayaan taneuh. Populasi dina kaayaan ground nyaeta salawasna dina tingkat low, sabab dina tahap ieu molekul dissociate kana atom.

Aparatur sarta lasers prinsip diwangun di yén tube ngurangan ieu ngeusi campuran halida (f ₂₎ jeung gas langka (Ar). Éléktron di dinya dissociate na ionize molekul halida tur jieun ion négatip. ion positif Ar ⁺ na négatip F ^- meta sarta ngahasilkeun molekul ArF dina kaayaan bungah kahiji pakait jeung transisi saterusna ka tolak kaayaan basa jeung generasi radiasi koheren. laser Excimer, prinsip Peta sarta pamakéan nu urang ayeuna tempo, bisa dipaké pikeun ngompa tina médium aktif tina ngalelep ka.

laser cair

Dibandingkeun kalawan padet, cair anu leuwih homogen jeung boga dénsitas luhur atom aktif, dina ngabandingkeun jeung gas. Salian ieu, aranjeunna teu hese pikeun ngahasilkeun, ngidinan dissipation panas nu panggampangna tur bisa gampang diganti. Prinsip Peta tina laser digunakeun salaku medium gain tina ngalelep organik, kayaning DCM (4-dicyanomethylene-2-métil-6-p- dimethylaminostyryl-4H-pyran), rhodamine, styryl, LDS, coumarin, stilbene, sarta kawas. D ., leyur dina pangleyur luyu. Hiji leyuran molekul ngalelep téh bungah ku radiasi anu panjang gelombang ngabogaan koefisien diserep alus. Prinsip Peta laser, dina pondok, nyaéta keur ngahasilkeun dina panjang gelombang panjang, disebutna fluorescence. Beda antara énergi diserep na foton dipancarkeun dipaké transisi énérgi nonradiative na heats sistem.

Lega band fluorescence lasers cair mibanda fitur unik - gelombang tuning. Prinsip operasi sarta pamakéan tipe ieu salaku laser tunable jeung sumber lampu koheren, ieu jadi beuki penting dina spéktroskopi, holography, sarta dina aplikasi Kalautan.

Anyar, lasers geus dipaké pikeun ngalelep pikeun separation isotop. Dina hal ieu, laser nu selektif ngagumbirakeun salah sahijina, nyababkeun ngamimitian réaksi kimiawi.