Lazerio principas: lazerio spinduliuotės ypatybės

Išsilavinimas:

Pirmasis lazerio principas, kurio fizikaremiantis Planco radiacijos įstatymu, 1917 m. teoriškai pagrįsta Einšteina. Jis apibūdino sugeriančią, spontaninę ir stimuliuotą elektromagnetinę spinduliuotę, naudodamas tikimybių koeficientus (Einšteino koeficientus).

Pionieriai

Theodore Meiman buvo pirmasis, kuris parodėRubino lazerio veikimo principas, pagrįstas optiniu siurbliu, naudojant sintetinio rubino blykstės lemputę, gaminantis impulsinę koherentinę spinduliuotę, kurios bangų ilgis yra 694 nm.

1960 m. Irano mokslininkai Javanas ir Bennetas sukūrė pirmąjį dujų kvantinį generatorių, naudojant He ir Ne mišinį santykiu 1:10.

1962 m. R.N. Hall parodė pirmąjį galio arsenido diodinį lazerį (GaAs), skleidžiantį 850 nm bangos ilgiu. Vėliau tais metais Nickas Golonyakas sukūrė pirmąjį puslaidininkinį matomos šviesos kvantinį generatorių.

lazerinis principas

Lazerių veikimo įtaisas ir principas

Kiekviena lazerio sistema susideda iš aktyviosvidutinio dydžio tarp poros optiškai lygiagrečių ir labai atspindžių veidrodžių, vienas iš kurių yra permatomas, ir energijos šaltinį, kuris jį perpumpuoja. Pagerinimo terpė gali būti kieta, skysta ar dujinė, kuri turi savybę stiprinti šviesos bangą, kylančią per ją, stimuliuojamą spinduliuotę, naudojant elektrinę arba optinę siurblinę. Medžiaga yra tarp poros veidrodžių tokiu būdu, kad joje atspindėta šviesa kiekvieną kartą praeina per ją ir, pasiekusi didelį pelną, prasiskverbia į pusiau permatomą veidrodį.

prietaisas ir lazerių veikimo principas

Dviejų lygių aplinka

Apsvarstykite lazerio veikimo principą su aktyvia terpe, kurios atomai turi tik du energijos lygius: susijaudinę E2 ir bazė E1. Jei atomai, naudojant bet kurį siurblio mechanizmą (optinis, elektros iškrova, srovės perdavimas ar elektronų bombardavimas), yra susijaudinęs su E2tada po kelių nanosekundžių jie grįš į pagrindinę padėtį, išskirdami energijos fotonus hν = E2 - E1. Pagal Einšteino teiginius, išmetamadviem skirtingais būdais: arba tai sukelia fotonas, ar tai įvyksta spontaniškai. Pirmuoju atveju stimuliuoja išmetimą, o antroje - spontaniškai. Esant šiluminei pusiausvyrai, stimuliuotos emisijos tikimybė yra daug mažesnė už spontanišką (1:1033), tod ÷ l dauguma įprastų šviesos šaltinių yra nesuderinami, o galimas ne tik terminio pusiausvyros sąlygomis.

Net esant labai dideliems gyventojų skaičiuidviejų pakopų sistemos gali būti vienodos. Todėl norint pasiekti atvirkštinę populiaciją optiniais ar kitais siurbimo metodais, reikalingos trijų ar keturių lygių sistemos.

Trumpas lazerio veikimo principas

Daugiapakopės sistemos

Koks trijų lygių lazerio principas? Švitinimas intensyvaus dažnio šviesos v02 siurbia daugybę atomų iš mažiausią energijos lygį E0 į viršų E2. Radiationless perėjimas iš atomų su E2 į E1 nustato gyventojų inversiją tarp E1 ir E0kad praktikoje tai įmanoma tik tada, kai atomai yra ilgą laiką metastaziojoje būsenoje E1, ir perėjimas nuo E2 į E1 eina greitai. Trijų lygių lazerio principas yra tenkinti šias sąlygas, taigi tarp E0 ir E1 pasiekiamas gyventojų inversija, o fotonai sustiprina energija E1-E0 sukelta spinduliuotė. Platus E lygis2 gali padidinti bangos ilgių sugėrimo diapazoną, kad būtų galima efektyviau pumpuoti, o tai paskatintų išmetimą.

Trijų pakopų sistema reikalauja labai aukšto lygiosiurbimo galia, nes mažesnis gamybos lygis yra pagrindinis. Tokiu atveju, norint, kad populiacija būtų keičiama, įvardyti E1 reikia pumpuoti daugiau nei pusę visos sumosskaičių atomų. Šiuo atveju energija yra švaistoma. Siurblio energija gali būti gerokai sumažinta, jei žemesnio lygio generavimas nėra pagrindinis, o tai reikalauja bent keturių lygių sistemos.

Priklausomai nuo veikliosios medžiagos pobūdžio,Lazeriai suskirstyti į tris pagrindines kategorijas: kietąsias, skystas ir dujas. Nuo 1958 m., Kai pirmą kartą buvo pastebėta rubinų kristalo generacija, mokslininkai ir mokslininkai tyrė įvairias medžiagas kiekvienoje kategorijoje.

lazerinis fizikos praktikos principas

Kietojo kūno lazeris

Veikimo principas grindžiamas aktyviosios terpės, kuri susidaro pridedant pereinamųjų grupių (Ti) į metalo izoliuojančią kristalinę grotelę, naudojimą.+3Cr+3V+2Su+2Ni+2Fe+2ir tt), retųjų žemių jonų (Ce+3Pr+3Nd+3Pm+3Sm+2, Eu+ 2, +3, Tb+3Dy+3Ho+3Er+3Yb+3ir tt), ir aktinidai, tokie kaip U+3. Jonų energijos lygis yra atsakingas tik užkartos Pagrindinės medžiagos fizikinės savybės, tokios kaip šilumos laidumas ir terminis plėtra, yra svarbios veiksmingam lazerio veikimui. Sraigto atomų išdėstymas aplink legiruotą joną keičia savo energijos lygį. Įvairios kartos bangos ilgiai aktyvioje terpėje pasiekiamos dopingu skirtingomis medžiagomis su tuo pačiu jonu.

Holmium lazeris

Kietojo būdo lazerio pavyzdys yra kvantasgeneratorius, kuriame holmium pakeičia kristalinės grotelės bazinės medžiagos atomą. Ho: YAG yra viena iš geriausių generuojančių medžiagų. Holmium lazerio principas yra tai, kad itrio aliuminio granatas yra legiruojamas su Holmium jonais, optiškai perpumpuojamas žibintuvėliu ir IR spinduliuotės spinduliuotės spinduliuotė spinduliuojasi 2097 nm bangos ilgiu, kuris gerai absorbuojamas audiniais. Šis lazeris naudojamas sąnarių operacijoms, dantų gydymui, vėžinių ląstelių, inkstų ir tulžies akmenų išgarinimui.

kietojo kūno lazerio veikimo principas

Puslaidininkio kvantinis generatorius

Kvantiniai lazeriai yra nebrangūsmasinė gamyba ir lengvai masto. Puslaidininkinio lazerio veikimo principas grindžiamas pn jungties diodo naudojimu, kuris sukelia tam tikro bangos ilgio šviesą, rekombinuojant nešiklį su teigiamu šališkumu, pvz., Šviesos diodais. LED spontaniškai spinduliuoja, o lazeriniai diodai - priverstinai. Norint įvykdyti gyventojų inversijos būklę, veikimo srovė turi viršyti ribinę vertę. Puslaidininkinio diodo aktyvioji terpė yra dviejų dvimačių sluoksnių jungimosi regiono forma.

Šio tipo lazerio veikimo principas toks, kadVibracijai išlaikyti nereikalingas išorinis veidrodis. Šio tikslo pakanka atspindžio koeficiento, sukurto sluoksnių lūžio rodiklio ir vidinės atspindžio aktyviosios terpės. Galutiniai diodų paviršiai yra suskaidomi, todėl yra lygiagrečiai atspindintys paviršiai.

Junginys, pagamintas iš tokio paties tipo puslaidininkių medžiagų, vadinamas homozakcija, o junginys, pagamintas iš dviejų skirtingų, yra vadinamas heterojunija.

P ir n tipų puslaidininkiai, turintys didelį nešiklio tankį, sudaro pn sankryžą su labai plonu (≈ 1 μm) išeikvotu sluoksniu.

puslaidininkio lazerio principas

Dujų lazeris

Lazerio veikimo ir naudojimo principas yraTipas leidžia jums sukurti beveik bet kokią galia (nuo milivato iki megavatų) ir bangos ilgius (nuo UV iki IR) ir leidžia dirbti impulsais ir nuolatiniais režimais. Remiantis aktyviosios terpės pobūdžiu, yra trijų tipų dujų kvantiniai generatoriai, būtent atominiai, joniniai ir molekuliniai.

Daugelis dujų lazerių prisipildoelektros iškrova. Išleidimo vamzdžio elektronai pagreitina elektrinį lauką tarp elektrodų. Jie susiduria su aktyviosios terpės atomais, jonais ar molekulėmis ir sukelia perėjimą prie aukštesnių energijos lygių, kad pasiektų gyventojų inversijos būklę ir skatina spinduliavimą.

trijų lygių lazerio veikimo principas

Molekulinis lazeris

Lazerio veikimo principas grindžiamas tuo, kadSkirtingai nuo izoliuotiems atomai ir jonams atominių ir joninių kvantinių generatorių molekulėse yra plačios energijos zonos, turinčios atskirų energijos lygių. Be to, kiekviename elektroniniame energijos lygyje yra daug besivystančių lygių, o tie, savo ruožtu, yra rotaciniai.

Energetika tarp elektroninės energijoslygiai yra UV ir matomuose spektro srityse, o tarp svyruojančių rotacinių lygių tolimojoje ir artimoje IR vietovėse. Taigi dauguma molekulinių kvantinių generatorių veikia toli ar artimiausiuose IR regionuose.

Eksimeriniai lazeriai

Ekskrementai yra tokios molekulės kaipArF, KrF, XeCl, kurie turi padalintą pagrindinę būseną ir yra stabilūs pirmame lygyje. Lazerio principas yra toks. Paprastai žemės būklėje molekulių skaičius yra mažas, todėl tiesioginis siurbimas iš žemės būklės neįmanomas. Pirmoje sužadintoje elektroninėje būsenoje susidaro molekulės, sujungiant aukštos energijos halogenidus su inertinėmis dujomis. Inversijos populiacija yra lengvai pasiekiama, nes molekulių skaičius pagrindiniame lygmenyje yra per mažas, palyginti su sužadintu. Lazerio veikimo principas, trumpai tariant, yra perėjimas nuo susieto sužadinto elektrono būsenos iki disociatyvios žemės būsenos. Pagrindinės būsenos populiacija visada lieka maža, nes šiuo metu molekulės susiskaldo į atomus.

Lazerių įtaisas ir veikimo principas yra tai, kad išleidimo vamzdis pripildytas halogeno mišiniu (F2) ir retųjų žemių dujos (Ar). Joje esantys elektronai skiriasi ir jonizuoja halogenų molekules ir sukuria neigiamo krūvio jonus. Teigiami Arionai+ ir neigiamas f- reaguoja ir gamina ArF molekulessusijaudinusi sąlyčio būsena su tolesniu perėjimu į atbaidomą bazinę būseną ir nuoseklios spinduliuotės generavimą. Eksimerinis lazeris, kurio veikimo principas ir taikymas šiuo metu yra svarstomas, gali būti naudojamas aktyvios terpės pumpavimui ant dažų.

Skystas lazeris

Palyginti su kietomis medžiagomis, skysčiaislabiau homogeniškas ir turi didesnį aktyviųjų atomų tankį, lyginant su dujomis. Be to, juos sunku gaminti, leidžia tiesiog pašalinti šilumą ir lengvai pakeisti. Lazerio principas yra naudoti kaip aktyvūs terpės organiniai dažikliai, tokie kaip DCM (4-dicianometilen-2-metil-6-p-dimetilaminostenil-4H-piranas), rodaminas, sterilas, LDS, kumarinas, stilbenas ir kt. ištirpinama atitinkamame tirpiklyje. Dažų molekulių tirpalas sužadinamas spinduliuotės, kurios bangos ilgis turi gerą absorbcijos koeficientą. Trumpai tariant, lazerio principas yra sukurti ilgesnį bangos ilgį, vadinamą fluorescencija. Skirtumas tarp sugeriamos energijos ir spinduliuojamų fotonų yra naudojamas ne spinduliavimo energijos perėjimuose ir šildo sistemą.

Platesnė fluorescencinė juostaKvantiniai generatoriai turi unikalią savybę - bangos ilgio derinimą. Šio tipo lazerio veikimo ir naudojimo principas, kaip reguliuojamas ir nuoseklus šviesos šaltinis, tampa vis svarbesnis spektroskopijos, holografijos ir biomedicinos taikymuose.

Neseniai izotopams atskirti buvo naudojami kvantiniai dažikliai. Šiuo atveju lazeris pasirinktinai sužadina vieną iš jų, skatindamas cheminę reakciją.

Komentarai (0)
Pridėti komentarą