Принсипи амали лазерӣ: Хусусиятҳои радиатсионӣ лазерӣ

Принсипи якуми амали лазерӣ аст, ки оид ба физика қонун радиатсионӣ Планк асос, дар назария, Эйнштейн дар соли 1917 сафед карда шуд. Ӯ азхудкунии шарҳ дода шудааст, стихиявї ва радиатсионӣ электромагнитӣ бо истифодаи коэффитсиентњои эњтимолияти (коэффисенти Энштейн), мусоидат.

trailblazers

Teodor Meyman аввал барои нишон додани принсипи амали буд, як лазерӣ ёқут, лаъл, дар асоси обкашї оптикии бо истифода аз чароғе дурахши ёқут синтетикї, тавлид радиатсияи ВФ бо wavelength аз 694 Н.М..

Дар соли 1960, олимони эронӣ Ёвон ва Беннетт ба lasers газ аввал бо истифода аз омехтахои газҳои Ӯ ва ІН дар таносуби 1:10 биёфарид.

Соли 1962 Р. Н. Толори месозад аввал лазерӣ diode дод gallium arsenide (GaAs), нӯрпошӣ дар wavelength 850 Н.М.. Дертар, ҳамон сол, Ник Golonyak таҳия нахустин генератори квантї нимноқилҳо нур намоён.

Дастгоҳ ва принсипи lasers

Ҳар як низоми лазерӣ мегирад миёна фаъол optically байни як ҷуфт оинаҳои баробари баҳои баланд инъикос менамояд, ки яке аз он translucent аст, ҷойгир карда, ва сарчашмаи нерӯ барои обкашї он. Тавре миёна тамаи метавонад ҳамчун сахт, моеъ ё газ, ки дорои қобилияти васеъ кардан ба амплитуда аз мавҷи нур гузариш ба воситаи он дар дохили бо радиатсионӣ обкашї барқ ва ё оптикӣ баромад. Дар моддањои аст, дар байни як ҷуфт оинаҳои гузошта, то ки нури инъикос ки дар онҳо ҳар дафъа ба воситаи он мегузарад ва чун афзоиши назарраси расид, борун Зеркало нисфи.

муҳити дуплекс

принсипи амали лазерӣ Биёед бо миёна фаъол, ки атоми танҳо ду сатњи энергетика: E E ҳаяҷон ₂ пойгоҳи _1. Агар атоми тавассути механизми насосї (оптикӣ, барқ ҷорӣ моњонаи ё transmittance bombardment электрон) ба E давлатӣ ₂ ҳаяҷон _аст, дар як чанд nanoseconds онҳо ба мавқеи асосӣ, бозгардем, радиатсионӣ photons энергетика hν = E ₂ - E _1. Бино ба назарияи нисбияти Эйнштейн фарзияи, партобҳои аст, ки дар ду роҳҳои гуногун истеҳсол: ё он аз ҷониби photon барангехта, ё ба он бияфзояд, рух медиҳад. Дар мавриди собиқ, партови њавасманд рух медиҳад ва дуюм - стихиявї. Дар equilibrium гармӣ, эњтимолияти партобҳои ҳавасманд аст, хеле пасттар аз стихиявї (1:10 ^{33), ба} тавре, ки аксарияти анъанавӣ incoherent манбаи нур ва lasing дар шароити дигар equilibrium гармидиҳӣ мумкин аст.

Ҳатто бо як системаҳои обкашии сатҳи аҳолӣ хеле қавӣ метавонад танҳо баробар шуд. Аз ин рӯ, барои расидан ба inversion аҳолӣ ё дигар усули обкашї оптикӣ талаб системаи сатҳи чор сеандоза ё.

низоми бисёрсатњаи

принсипи лазерӣ дар сатҳи се чӣ гуна аст? Дар шуоъзании нур шадиди басомади ν ₀₂ обкаши, то шумораи зиёди атоми аз пасттарин сатњи энергетикӣ E ₀ ва E _2-и болоӣ. гузариш Radiationless бо атоми E ₂ то E ₁ муқаррар inversion ањолї байни E ₁ ва E _0, ки дар амал танҳо имконпазир аст, он гоҳ ки атоми муддати дароз дар ҳолати E metastable _{1 ҳастанд,} ва гузариш аз E ₁ E ₂ босуръат рух медиҳад. Принсипи кори як лазерӣ сатҳи се дар ин шароит аст, то ки дар байни E ₀ ва _{1 E,} inversion аҳолӣ аст, ба даст ва қавитари энергетика photon E ₁ -E ₀ партови ҳавасманд. Васеътар сатҳи E ₂ метавонад дар доираи wavelength азхудкунии ба самаранок машқи зиёд, ки дар натиҷа афзоиши партобҳои ҳавасманд.

Сатҳи Се системаи талаб қудрати обкашї хеле баланд аз сатҳи пасттар, дар насли ҷалб, он як пойгоҳи аст. Дар ин ҳолат, ба хотири inversion аҳолӣ ба E давлатї ₁ рух ба бештар аз нисфи шумораи умумии атоми насос шавад. Дар ин ҳолат, энергетика табоҳ аст. Қувваи обкашї мумкин аст хеле кам, агар сатҳи lasing камтар аст пойгоҳи менамояд, ки на камтар аз як системаи сатҳи чор нест.

Вобаста ба табиати моддањои фаъол, ки lasers доранд, ба се категория асосӣ, яъне сахт, моеъ ва газ, тасниф мегардад. Аз соли 1958, вақте ки насли аввал дар як булӯр ёқут ба қайд гирифта шуд, олимон ва тадқиқотчиён доираи васеи мавод дар ҳар як гурӯҳ таҳсил кардаанд.

лазерӣ сахти давлатии

Дар амалиёт оид ба истифодаи шахси миёна фаъол аст, ки бо илова рӯйпуш кардани металл булӯр гузариш lattice ташкил асос (TI ^+3, Cr ^+3, V ^+2, Co ^+2, Н.И ^+2, Фе ^{+2 ва} ғайра Д..) , ions замин нодир (эраи мо ^+3, PR ^{+3,-юми +3,} PM ^+3, SM ^+2, Иттиҳоди Аврупо ^{+ 2, + 3,} сил ^+3, Dy ^+3, Ho ^+3, тЌЌ ^+3, Yb ⁺³ , ва диг.), ва actinides ба монанди U ^+3. Дар сатњи энергетикии аз ions масъул танҳо барои насли. хосиятҳои физикӣ маводи пойгоҳи, ба монанди гузаронандагии гармидиҳӣ ва тавсеаи гармӣ ба фаъолияти самарабахши лазерӣ муҳим мебошанд. lattice Маҳали атоми атрофи як ion doped сатҳи энергетикии худро тағйир медиҳад. дарозии гуногуни насли мавҷи дар миёна фаъол аз тарафи doping маводҳои гуногун дар ion ҳамон даст.

лазерӣ Holmium

Намунаи лазерӣ сахти давлатӣ як генератори квантї, ки дар он заррае holmium иваз маводи заминаи lattice булӯр аст. Ho: YAG яке аз беҳтарин маводҳои lasing аст. Принсипи кори лазерӣ holmium, ки garnet yttrium алюминий doped бо ions holmium, optically бо чароғе флешдор насос ва эљод мекунад, дар wavelength аз 2097 Н.М. дар доираи инфрасурх аст, инчунин аз тарафи бофтаҳои ғарқи аст. Истифодаи ин лазерӣ барои амалиёт оид ба буғумҳо, табобат дандонпизишкӣ, ба vaporize ҳуҷайраҳои саратон, гурда ва gallstones.

Як генератор квантї нимноқилҳо

lasers хуб квантӣ арзон, имкон истеҳсоли омма ҳастанд ва ба осонӣ миқёспазир. Принсипи амалкунандаи лазерӣ нимноқилҳо, ки дар асоси истифодаи умрам pn-diode, ки истеҳсол рӯшноии wavelength баъзе аз тарафи навшудаи боркашон дар Хатои мусбат, монанди LEDs. LED мерезед, бияфзояд ва diodes лазерӣ - compulsively. Барои иҷро кардани inversion аҳолӣ ҳолати, ҷорӣ амалиётӣ бояд ҳадди зиёд. Дар миёна фаъол дар diode нимноқилҳо дорад мақсади қитъаи пайвастшавӣ қабатҳои ду-ченака.

Принсипи фаъолияти ин навъи лазерӣ аст, ки барои нигоҳ доштани oscillations нест оина беруна зарур аст. Қобилияти инъикос таъсис сабаби ба индекси зарарро аз қабатҳои ва инъикоси дохилии миёна фаъол, барои ин мақсад кифоя аст. Ба рӯи охири мепайвандад diodes, ки ба таъмин рӯи инъикоси мувозии.

Дар мураккаб ташкил маводи нимноқилҳо аз ҳамин навъи як homojunction номида, чунон ки аз тарафи пайвастшавӣ ду гуногун таъсис дода шуд - heterojunction.

Нимноқилҳо аз саҳ ва н навъи бо зичии баланди боркашони як саҳ-н-умрам бо (≈1 мм) қабати хеле лоғар тамом ташкил медиҳанд.

лазерӣ газ

Принсипи амалиёт ва истифодаи ин навъи лазерӣ имкон медиҳад, ки ба эҷод дастгоҳҳои қариб ягон иқтидори (аз milliwatts ба мегаватт) ва wavelengths (аз ултрабунафш ба инфрасурх) ва метавонад дар шеваи pulsed ва давомдор фаъолият мекунанд. Дар асоси хусусияти ВАО фаъол, се намуди lasers газ, аз ҷумла ҳастаӣ, ionic ва молекулавӣ нест.

Аксари lasers гази насос аз тарафи озод барқ. Дар электрон дар Ќўрѓонтеппа озод шудаанд, аз ҷониби соҳаи барқ байни electrodes босуръати. Онҳо бо атоми, ions ё молекулаҳои шахси миёна фаъол медорем ва боиси гузариш ба сатҳи энергетикӣ олӣ барои ба даст овардани давлатии inversion аҳолӣ ва партобҳои ҳавасманд.

лазерӣ молекулавӣ

Принсипи амали лазерӣ аст, дар бораи он, ки назар ба атоми дурдаст ва ions дар lasers атом ва ion молекулаҳои молики басомадҳои энергетикӣ васеи сатҳи энергетикӣ гусаста асос ёфтааст. Илова бар ин, ҳар як сатҳи энергетикии электрон дорад, шумораи зиёди сатҳи vibrational, ва онҳое, ки дар навбати худ - як чанд давравӣ.

Дар энергетикӣ байни сатҳҳои энергетикии электрон дар минтақаҳои ултрабунафш ва аёни спектр аст, дар ҳоле ки дар байни сатњњои vibrational-давравӣ - дар минтақаҳои дуру наздик инфрасурх. Ҳамин тавр, бештари lasers молекулавӣ кор дар минтақаҳои дур ё наздик-инфрасурх.

lasers excimer

Excimers масалан молекулаи чун ArF, KrF, XeCl, ки аз ҳам ҷудо давлатии замин устувор ва сатҳи аввал. Принсипи фаъолияти лазерӣ оянда. Одатан, шумораи дар давлат заминаи молекулаҳои хурд аст, то обкашї бевосита аз вазъияти замин имконнопазир аст. Дар молекулаҳои дар нахустин давлати электронӣ ба ҳаяҷон аз тарафи мураккаб дорои halides энергетикӣ баланд бо газҳои ѓайрифаъол ташкил карда мешаванд. Дар inversion аҳолӣ аст, ба осонӣ даст аз шумораи молекулаҳои дар сатњи асосӣ низ паст аст, дар муқоиса бо ҳаяҷон. Принсипи амали лазерӣ, дар кӯтоҳмуддат, аст, ки ба гузариш аз як давлат электронии ҳаяҷон бандӣ карда, ба як dissociative давлатии замин. Аҳолии давлатии замин аст, ҳамеша дар сатњи паст, зеро дар ин бора дар молекулаи dissociate ба атоми.

Принсипи дастгоњи ва lasers иборат аст, ки дар Ќўрѓонтеппа озод аст, ки бо омехтаи halide (F ₂₎ ва гази нодир (Ar) пур карда мешавад. Дар электрон дар он dissociate ва ionize молекулаҳои halide ва эҷод ions манфӣ. ions мусбат Ar ⁺ F ва манфӣ ^- муносибат ва истеҳсоли молекулаҳои ArF дар нахустин давлати ҳаяҷон вобаста ба гузариш минбаъда ба бозгаштанаш давлатии пойгоҳи ва насли радиатсионӣ ягонаи. лазерӣ Excimer, принсипи амал ва истифода аз он ки мо ҳоло дида, метавон барои обкашӣ аз миёна фаъоли ранг истифода бурда мешавад.

лазерӣ моеъ

Дар муқоиса бо ҷисмҳои, моеъ якхела бештар доранд ва як зичии баланди атоми фаъол, ки дар муқоиса бо газҳои. Илова бар ин, онҳо мушкил нест, ки ба истеҳсол, имкон пош гармии осон ва мумкин аст ба осонӣ иваз карда шаванд. Принсипи амали лазерӣ аст, ҳамчун воситаи ба даст аз ранг органикӣ, ба монанди шўъбаҳои истифода бурда мешавад (4-dicyanomethylene-2-метил-6-p- dimethylaminostyryl-4H-pyran), rhodamine, styryl, LDS, coumarin, stilbene ва монанди ин. D ., манъе дар пардохтпазирии дахлдор. Як ҳалли молекулаҳои ранг аз тарафи радиатсионӣ, ки wavelength дорад коэффисиенти азхудкунии хуб ба ҳаяҷон аст. Принсипи амали лазерӣ, дар кӯтоҳмуддат, аст, ки ба тавлиди як wavelength дигар, ном fluorescence. Фарқи байни энергетика ғарқи ва photons муомилот гузариши энергияи nonradiative истифода ва heats системаи.

fluorescence банд васеътари lasers моеъ хусусияте дорад беназир - Танзими wavelength. Принсипи амалиёт ва истифодаи ин навъи ҳамчун лазерӣ tunable ва манбаи нур мантиқан аст, меафзояд, дар spectroscopy, holography муҳим, ва дар барномаҳои биотиббӣ.

Ба наздикӣ, lasers ба ранг барои ҷудо isotope истифода шудаанд. Дар ин ҳолат, лазерӣ интихобан барангехтан яке аз онҳо, ин сабаб сар реаксияи химиявї.