Ing asas saka tumindak laser: fitur saka radiation laser

Ing asas pisanan ajeg saka laser, kang adhedhasar fisika saka hukum radiasi Planck kang, ing teori, Einstein ing 1917 sabdho. Panjenenganipun nggambaraken panyerepan ing, spontan lan stimulus radiasi elektromagnetik nggunakake koefisien kemungkinan (Einstein koefisien).

trailblazers

Teodor Meyman iki pisanan kanggo nduduhake asas saka tumindak saka laser Ruby, adhedhasar pumping optik nggunakake lampu kilat Ruby tiron, njedulake radiasi koheren kanthi dawa gelombang 694 nm.

Ing taun 1960, ilmuwan Iran Jawa lan Bennett digawe ing laser gas pisanan nggunakake campuran saka Gusti lan Ne gas ing aspek saka 1:10.

Ing taun 1962, R. N. Hall ndadekake pisanan laser diode digawe saka gallium arsenida (GaAs), pemancar ing dawa gelombang 850 nm. Mengko sing taun sing padha, Nick Golonyak dikembangaké ing generator semikonduktor kuantum pisanan katon cahya.

Piranti lan prinsip laser

Saben sistem laser kalebu medium aktif optically diselehake antarane Pasangan saka mirrors podo lan Highly nggambarake, salah siji kang tembus, lan sumber daya kanggo mompa iku. Minangka medium gain bisa tumindak minangka padhet, cair utawa gas, kang duwe kemampuan kanggo seru amplitudo saka gelombang cahya ngliwati iku njero karo radiation pumping electrical utawa optik. inti diseleh antarane Pasangan saka mirrors supaya cahya sing dibayangke ing wong saben wektu liwat lan, Duwe ngrambah Tambah pinunjul, penetrates setengah mirror.

lingkungan duplex

Coba asas saka tumindak laser karo medium aktif kang atom mung loro tingkat energi: E bungah E ₂ lan basa _1. Yen atom liwat mékanisme pumping (optical, listrik discharge saiki utawa transmittance elektron bombardment) bungah kanggo negara E _2, ing sawetara nanoseconds padha bali menyang posisi dhasar, radiating foton energi Hf = E ₂ - E _1. Miturut teori Einstein, polusi wis diprodhuksi ing rong cara: salah siji iku wis mlebu dening foton, utawa ana sacara spontan. Ing kasus, polusi stimulus ana lan liya - spontan. Ing keseimbangn termal, kemungkinan polusi stimulus luwih murah tinimbang spontan (1:10 ^33), supaya paling sumber cahya incoherent conventional, lan lasing bisa ing kahanan liyane saka keseimbangn termal.

Malah karo sistem pumping populasi-tingkat banget kuwat lan mung bisa digawé witjaksono. Mulane, kanggo entuk bantahan populasi utawa cara mompa optik liyane mbutuhake sistem telu utawa papat tingkat.

sistem multi-tingkat

Apa asas saka laser telung tingkat? Mepe cahya kuat saka frekuensi ν ₀₂ pump up nomer akeh atom saka tingkat energi paling E ₀ lan E ₂ saka ndhuwur. transisi Radiationless karo atom E ₂ kanggo E ₁ netepake bantahan populasi antarane E ₁ lan E _0, kang ing laku iku mung bisa nalika atom sing dangu ing negara E metastable _1, lan transisi saka E ₁ kanggo E ₂ occurs kanthi cepet. Ing asas operasi saka laser telung tingkat punika ing kahanan iki, supaya ing antarane E ₀ lan E _1, ing bantahan populasi wis ngrambah lan digedhèkaké energi foton E ₁ -e ₀ stimulus polusi. Luwih akeh tingkat E ₂ bisa nambah sawetara panyerepan gelombang kanggo kumpa liyane luwih irit, asil ing rikma saka emisi stimulus.

Telung tingkat sistem mbutuhake daya pumping banget dhuwur wiwit tingkat ngisor, sing melu generasi, iku basa. Ing kasus iki, supaya bantahan populasi wonten ing negara E ₁ kanggo bisa pompa luwih saka setengah saka jumlah total atom. Ing kasus iki, energi boroske. Daya pump bisa nemen suda yen tingkat lasing ngisor ora basa, kang mbutuhake paling sistem papat tingkat.

Gumantung ing alam saka zat aktif, ing laser diklasifikasikaké dadi telung kategori dhasar, yaiku padhet, cair lan gas. Wiwit taun 1958, nalika generasi pisanan iki diamati ing Crystal Ruby, ilmuwan lan peneliti wis sinau sawetara amba ing saben kategori.

laser ngalangi-negara

operasi iki adhedhasar panggunaan medium aktif kang kawangun dening nambah logam Crystal pola transisi insulating (Ti ^+3, Kr ^+3, V ^+2, Co ^+2, Ni ^+2, Fe ^+2, lan ing. D.) , ion bumi (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.), lan actinides kayata U ^+3. Ing tingkat energi saka ion tanggung jawab mung kanggo generasi. fisik bahan dasar, kayata termal doyo lan termal expansion sing penting kanggo operasi efisien Laser. Lokasi pola atom watara ion doping diganti tingkat energi. beda tebih saka generasi gelombang ing medium aktif sing ngrambah dening doping macem-macem bahan ing ion padha.

laser Holmium

Tuladha laser ngalangi-negara iki generator kuantum, endi atom paladium nggantosaken materi dasar ing pola kristal. Ho: YAG iku salah siji saka bahan lasing paling. Ing asas operasi saka laser paladium iku yttrium aluminium garnet doping karo ion paladium, optically pompa dening lamp lampu kilat lan mancaraken ing dawa gelombang 2097 nm ing sawetara infrared uga digunakke dening jaringan. Gunakake laser iki kanggo operasi ing joints, perawatan dental, kanggo vaporize sel kanker, ginjel lan gallstones.

A generator semikonduktor kuantum

laser uga Quantum inexpensive, ngidini produksi massa lan gampang keukur. Ing asas operasi ing laser semikonduktor adhedhasar nggunakake prapatan PN-diode, kang mrodhuksi cahya saka gelombang tartamtu dening gabungan ulang saka operator ing Bias positif, kaya LED. LED emit spontan lan laser dioda - compulsively. Nepaki bantahan populasi kondisi, saiki operasi ngirim ora ngluwihi batesan. Medium aktif ing diode semikonduktor wis ndeleng saka wilayah sambungan saka lapisan loro-dimensi.

Ing asas saka operasi saka jinis laser iku kanggo njaga robah ora pangilon external dibutuhake. Kemampuan termenung, digawe amarga kanggo indeks bias lapisan lan bayangan internal medium aktif, punika cekap kanggo maksud iki. Ing lumahing mburi rumaket dioda sing nyedhiyani lumahing nggambarake podo.

Senyawa kawangun dening materi semikonduktor saka jinis padha diarani homojunction a, minangka ditetepake dening nyambungake rong - heterojunction.

Semikonduktor saka p lan n jinis karo Kapadhetan dhuwur saka pelaku usaha mbentuk p-n-prapatan karo banget lancip (≈1 mm) lapisan kurang.

laser gas

Ing asas saka operasi lan nggunakake jinis laser ndadekake iku bisa kanggo nggawe piranti saka sakbenere sembarang kapasitas (saka milliwatts kanggo megawatts) lan gelombang (saka ultraviolet kanggo infrared) lan bisa digunakake ing mode laser lan fokus. Adhedhasar alam saka media aktif, ana telung jinis laser gas, yaiku atom, ion lan molekul.

Paling laser gas pompa dening discharge listrik. Elektron ing tabung discharge sing cepet déning lapangan elektrik antarane elektrods. Padha tabrakan karo atom, ion utawa molekul saka medium aktif lan panggawe transisi kanggo tingkat ènèrgi kang luwih dhuwur kanggo entuk negara bantahan populasi lan polusi stimulus.

laser molekul

Ing asas saka tumindak laser adhedhasar kasunyatan sing, kados atom sepi lan ion ing atom lan ion laser molekul nduweni bands energi sing godhongé amba saka tingkat energi bedo. Kajaba iku, saben tingkat energi elektron wis nomer akeh tingkat vibrational, lan sing siji - sawetara muter.

Energi antarane tingkat energi elektron ing UV lan katon wilayah saka spektrum, nalika antarane tingkat vibrational-muter - ing wilayah infrared adoh lan cedhak. Mangkono, paling saka laser molekul digunakake ing wilayah adoh utawa cedhak-infrared.

laser excimer

Excimers sing molekul kayata Arf, KrF, XeCl, kang dipérang negara lemah stabil lan tingkat pisanan. Ing asas saka operasi saka laser sabanjuré. Biasane, nomer ing negara lemah saka molekul cilik, supaya mompa langsung saka negara lemah ora bisa. Molekul kawangun ing negara pisanan elektronik bungah dening senyawa gadhah halides energi dhuwur gas inert. The bantahan populasi wis ngrambah gampang wiwit jumlah molekul ing tingkat dhasar banget kurang, dibandhingake karo bungah. Ing asas saka tumindak laser, ing cendhak, iku kanggo transisi saka negara elektronik bungah bound kanggo dissociative negara lemah. Populasi ing negara lemah tansah ing tingkat kurang, amarga ing titik iki molekul berdisosiasi menyang atom.

Apparatus lan laser asas kasusun ing tabung discharge kapenuhan karo dicampur saka halide (F ₂₎ lan gas langka (Ar). Elektron ing berdisosiasi lan ngionisasi molekul halide lan nggawe ion negatif. ion positif Ar ⁺ lan negatif F ^- nanggepi lan gawé molekul Arf ing negara bungah pisanan gadhah transisi sakteruse menyang repelling negara basa lan generasi saka radiasi koheren. laser Excimer, asas saka tumindak lan nggunakake kang kita saiki considering, bisa digunakake kanggo mompa saka medium aktif dye ing.

laser Cairan

Dibandhingake karo barang padhet, cuwèran luwih homogen lan duwe Kapadhetan luwih saka atom aktif, ing comparison karo gas. Saliyane iki, lagi ora angel kanggo gawé, ngidini boros panas gampang lan bisa gampang diganti. Ing asas saka tumindak Laser digunakake minangka medium gain saka dye organik, kayata DCM (4-dicyanomethylene-2-metil-6-p- dimethylaminostyryl-4H-pyran), rhodamine, styryl, LDS, coumarin, stilbene, lan kaya. D ., dipun bibaraken ing solvent cocok. A solusi saka molekul dye bungah dening radiation kang gelombang wis koefisien panyerepan apik. Ing asas saka tumindak laser, ing cendhak, iku kanggo generate ing dawa gelombang maneh, disebut floresen. Bentenipun antarane energi digunakke lan foton cemlorot digunakake arepe energi nonradiative lan heats sistem.

Kathahing band floresen laser Cairan nduweni fitur unik - gelombang tuning. Ing asas saka operasi lan nggunakake jinis iki minangka laser tunable lan sumber cahya manéka warna takson, dadi saya wigati ing spektroskopi, Holografi, lan ing aplikasi Biomedis.

Bubar, laser wis digunakake kanggo warno alami kanggo misahake isotop. Ing kasus iki, Laser selektif excite siji saka wong-wong mau, prompting miwiti reaksi kimia.