La principo de lasero ago: trajtoj de lasero radiado

La unua principo de ago de la lasero, kiu estas bazita sur la fiziko de Planck radiado juro, en teorio, Einstein en 1917 estis pravigita. Li priskribis la absorción, spontaneaj kaj stimulis elektromagneta radiado uzante probablo koeficientoj (Einstein koeficientoj).

trailblazers

Teodor Meyman estis la unua por pruvi la principo de ago de rubeno lasero, surbaze de la optika pumpado uzante fulmo lampo sinteza rubeno, generas la kohera radiado kun ondolongo de 694 nm.

En 1960, iranaj sciencistoj Javan kaj Bennett kreis la unuan gason laseroj uzante miksaĵoj de Li kaj NE gasoj en rilatumo de 1:10.

En 1962, R. N. Halo faras unuan diodo lasero farita de galio arseniuro (GaAs), elsendante je ondolongo de 850 nm. Poste tiu sama jaro, Nick Golonyak evoluigis la unuan duonkonduktaĵo kvantuma generatoro de videbla lumo.

La aparato kaj la principo de laseroj

Ĉiu lasero sistemo inkludas aktiva meza optike metitaj inter paro de paralelaj kaj tre reflektante speguloj, unu el kiuj estas diafana kaj potenco fonto por pumpi ĝin. Kiel la gajno meza povas agi kiel solida, likva aŭ gaso, kiu havas la kapablon por amplifi la amplekso de la lumo ondo pasanta tra ĝi interne kun elektra aŭ optika pumpado radiado. La substanco estas metita inter paro de speguloj por ke la lumo reflektis ilin ĉiu tempo pasas tra ĝi kaj, atinginte signifa kresko, penetras la duono spegulo.

duplex medio

Konsideru la principo de lasero agon kun aktiva meza kies atomoj havas nur du nivelojn: E ekscitita E ₂ kaj bazo _1. Se la atomoj per ajna bombasto mekanismo (optika, elektra malŝarĝo nuna aŭ transmitancia elektrono bombardo) estas ekscitita stato E _2, post kelkaj nanosegundos revenas al la baza pozicio, radiante energio fotonoj hν = E ₂ - E _1. Laŭ Einstein teorio, la emisión estas produktitaj en du malsamaj manieroj: aŭ ĝi estas induktita de fotono, aŭ ĝi okazas spontanee. En la unua kazo, stimulis emisión okazas kaj la dua - spontaneaj. Ĉe termika ekvilibro, la probablo de Stimulita emisión estas multe pli malalta ol la spontaneaj (1:10 ^33), tiel ke pli convencionales nekohera lumfontoj, kaj lasing eblas en la kondiĉoj krom termika ekvilibro.

Eĉ kun tre forta bombasto loĝantaro-nivela sistemoj povas nur esti farita egala. Tial, por atingi la loĝantaro inversigo aŭ aliaj optika pumpado metodo postulas tri- aŭ kvar-nivela sistemo.

multinivel sistemo

Kio estas la principo de la tri-nivela laseron? La radiado de intensa lumo de frekvenco ν ₀₂ pumpas supren grandan nombron da atomoj de la plej malalta energinivelo E ₀ kaj E ₂ el la supra. Radiationless transiro kun la atomoj E ₂ al E ₁ establas loĝantaro inversigo inter E ₁ kaj E _0, kio praktike estas nur ebla kiam la atomoj estas longe en metastabila stato E _1, kaj la transiro de E ₁ al E ₂ okazas rapide. La mastruma principo de tri-nivelo lasero estas en tiuj kondiĉoj, por ke inter E ₀ kaj E _1, la loĝantaro inversigo estas atingita kaj estas amplifita fotono energio E ₁ -E ₀ stimulis emisión. Pli larĝa nivelo E ₂ povus pliigi la absorción ondolongo gamo al pli efike pumpi, rezultigante la kresko de la stimulis emisión.

Tri-nivela sistemo postulas tre altan bombasto povo ekde la pli malalta nivelo, estas implikitaj en la generacio, ĝi estas bazo. En ĉi tiu kazo, por loĝantaro inversigo ekpensis la stato E ₁ esti pumpita pli ol duono de la totala nombro de atomoj. En ĉi tiu kazo, la energio estas malŝparita. La pumpilo potenco povas esti tre reduktita se la suba lasing nivelo ne estas la bazo, kio postulas minimume kvar-nivela sistemo.

Depende de la naturo de la aktiva substanco, la laseroj estas klasifikita en tri bazaj kategorioj, nome solida, likva kaj gaso. Ekde 1958, kiam la unua generacio estis observita en rubena kristalo, sciencistoj kaj esploristoj studis vasta gamo de materialoj en ĉiu kategorio.

solidsubstanca lasero

La funkciado bazas en la uzo de aktiva meza kiu estas formita per aldono de izola kristalo krado transiro metalo (Ti ^+3, Cr ^+3, V ^{+ 2,} Co ^+2, Nek ^{+ 2,} Fe ^{+ 2,} kaj tiel plu. D.) , malofta tero jonoj (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.), kaj la actínidos kiel U ^{+ 3.} La energio niveloj de la jonoj respondeca nur por la generacio. Fizikaj proprietoj de la bazo materialo, kiel ekzemple conductividad termika kaj termika vastiĝo estas gravaj por la efika operacio de la lasero. Loko krado de atomoj ĉirkaŭ dopita jono ŝanĝas lian energion niveloj. Malsamaj longoj de ondo generacio en la aktiva meza estiĝas per dopado diversaj materialoj en la sama jono.

Holmio laseron

Ekzemplo de solidsubstanca lasero estas kvantuma generatoro, kiu holmio atomon anstataŭas la bazo materialo de la kristalo krado. Ho: YAG estas unu el la plej bonaj lasing materialoj. La mastruma principo de la holmio laseron estas ke itrio aluminio granate dopita kun holmio jonoj, optike pumpitaj per fulmo lampon kaj elsendas je ondolongo de 2097 Nm en la transruĝa gamo estas bone sorbita de la ŝtofoj. Uzu tiun laseron por operacioj en la artikoj, denta kuracado, por vaporigi kanceraj ĉeloj, reno kaj gallstones.

Al duonkonduktaĵo kvantuma generatoro

Kvantuma puto laseroj estas malmultekosta, permesi amasproduktado kaj estas facile skalebla. La mastruma principo de la duonkonduktaĵo laseron surbaze de la uzo de pn-diodo krucvojo, kiu produktas lumon de certa ondolongo de la rekombino de la portanto ĉe pozitiva aldona, kiel LEDs. LED elsendas spontanee kaj laseraj diodoj - compulsiva. Por plenumi la kondiĉon loĝantaro inversigo, la mastruma nuna devus superi sojlo. La aktiva meza en duonkonduktaĵo diodo havas vidon de la ligo areon de dudimensiaj tavoloj.

La komenco de funkciado de ĉi tiu tipo de lasero estas ke konservi osciladoj neniu ekstera spegulo estas bezonata. La reflekta kapablo, kreita pro la refrakta indico tavoloj kaj interna interkonsiliĝo de la aktiva meza, estas sufiĉa por tiu celo. La fino surfacoj aliĝos diodoj kiuj provizas paralelajn reflektante surfacoj.

La komponaĵo formita de la semikonduktaĵo materialo de la sama tipo nomiĝas homojunction, kiel establita de konektanta du malsamajn - heterojuntaj.

Semiconductors de p kaj n tipo kun alta denseco de portantoj formi p-n-krucvojo kun tre maldikaj (≈1 mm) forkonsumita tavolo.

gaso laseron

La principo de operacio kaj uzo de ĉi tiu tipo de lasero ebligas krei aparatoj de preskaŭ ajna kapablo (de milliwatts al megavatios) kaj ondolongoj (de transviola al infraruĝa) kaj povas funkcii en premita kaj kontinuan modaloj. Bazita sur la naturo de la aktiva amaskomunikiloj, estas tri tipoj de gaso laseroj, nome atoma, jona kaj molekula.

Plej gaso laseroj pumpitaj per elektra malŝarĝo. La elektronoj en la elfluon tubon estas akcelita de la elektra kampo inter la elektrodoj. Ili kolizias kun atomoj, jonoj aŭ molekuloj de aktiva meza kaj instigi transiro al pli altaj energiaj niveloj por atingi staton de loĝantaro inversigo kaj stimulita emisión.

molekula laseron

La principo de lasero agado estas bazita sur la fakto ke, male al la izolitaj atomoj kaj jonoj en atoma kaj jona laseroj molekuloj posedas larĝan energio bandoj de diskreta energio niveloj. Krome, ĉiu elektrono energinivelo havas grandan numeron de vibro niveloj, kaj tiuj siavice - kelkaj turna.

La energio inter la elektrona energio niveloj estas en la UV kaj videbla regionoj de la spektro, dum inter la vibro-turna niveloj - en la proksimaj kaj la malproksimaj transruĝa regionoj. Tiel, la plej multaj el la molekula laseroj laboranta en malproksima aŭ proksima-transruĝa regionoj.

excimer laseroj

Excimers estas tiaj molekuloj kiel ARF, KrF, XeCl, kiuj estas dividita stabilan tera stato kaj la unua nivelo. La principo de operacio de la lasero sekva. Tipe, la kvanto en la tera stato de la molekuloj estas malgrandaj, do la rekta bombasto de la grundo stato ne eblas. La molekuloj formita en la unua ekscitita elektronika ŝtato per kombinaĵo havanta altan energion halogenuros kun inertaj gasoj. La loĝantaro inversigo estas atingita facile ĉar la nombro de molekuloj al baza nivelo estas tro malalta, kompare kun la ekscitita. La principo de lasero agado, mallonge, estas al transiro de ligis ekscitita elektronika ŝtato al tera stato disociativo. La loĝantaro de la tera stato estas ĉiam je malalta nivelo, ĉar ĉe tiu punkto la molekulo disociiĝas en atomoj.

La aparato kaj laseroj principo konsistas en, ke la elfluon tubon estas plena miksaĵo de halide (F ₂₎ kaj malofta gaso (Ar). La elektronoj en ĝi disociiĝas kaj ionizar la halide molekuloj kaj krei negativaj jonoj. Pozitivaj jonoj Ar ⁺ kaj negativaj F ^- reagi kaj produkti ARF molekuloj en la unua ekscitita stato asociita kun la postaj transiro al la bazo stato efikante kaj generacio de kohera radiado. Excimer laseron, la principo de ago kaj la uzo de kiu ni nun konsideras, povus esti uzata por la bombasto de la aktiva meza de la tinkturas.

likva laseron

Kompare kun solidaj, likvaj estas pli homogena kaj havas pli altan densecon de aktivaj atomoj, kompare kun gasoj. Krom tio, ili ne estas malfacila por produkti, permesi facilan varmego dibocxo kaj povas esti facile anstataŭis. La principo de ago de la lasero estas uzata kiel gajno meza de organika tinkturfarbo, kiel DCM (4-dicyanomethylene-2-metil-6-p- dimethylaminostyryl-4H-pyran), rhodamine, styryl, LDS, cumarina, stilbene, kaj similaj. D ., solvita en konvena solida. Solvo de la tinkturas molekuloj estas ekscititaj per radiado kies ondolongo havas bonan absorción koeficiento. La principo de lasero agado, mallonge, estas generi je pli longa ondolongo, nomita fluorescencia. La diferenco inter la energio sorbita kaj elsendita fotonoj uzita nonradiative energio transiroj kaj varmigas la sistemo.

Larĝa bando fluorescencia likva laseroj havas unika trajto - ondolongo agordo. La principo de operacio kaj uzo de ĉi tiu tipo kiel tunable laseron kaj kohera lumfonto, estas ĉiam pli grava en spektroskopio, holografio, kaj en biomedicina aplikoj.

Lastatempe, laseroj estis uzitaj por tinkturi por izotopo disiĝo. En ĉi tiu kazo, la lasero selectivamente eksciti unu el ili, instigante komenci kemia reago.