Սկզբունքը լազերային գործողության: հատկանիշները լազերային ճառագայթման

Առաջին սկզբունքը գործողության լազերային, որը հիմնված է ֆիզիկայի Պլանկի ճառագայթման օրենքը, տեսության, Այնշտայնը է 1917 թ արդարացված էր: Նա նկարագրեց կլանում, ինքնաբուխ եւ խթանել էլեկտրամագնիսական ճառագայթում, օգտագործելով հավանականությունը գործակիցները (Այնշտայնի գործակիցների):

ծիծեռնակներն

Թեոդոր Meyman առաջինն էր, որ ցույց տալ սկզբունքը գործողության մի ruby լազերային, որը հիմնված է օպտիկական պոմպային օգտագործելով ֆլեշ լամպերի սինթետիկ ruby, առաջացնում է կոհերենտ ճառագայթումը հետ ալիքի երկարությունում 694 նմ.

1960 թ.-ին, Իրանի գիտնականների Ելիսան ու Bennett ստեղծեց առաջին գազի լազերներ օգտագործելով խառնուրդներ նա եւ Նե գազերի 1:10 հարաբերությամբ:

1962 թ.-ին, Ռ. Ն. Hall կազմում է առաջին diode լազերային պատրաստված gallium arsenide (GaAs), emitting մի ալիքի 850 նմ. Ավելի ուշ այդ նույն տարում, Նիք Golonyak մշակել է առաջին կիսահաղորդչային քվանտային գեներատոր տեսանելի լույսի.

Որ սարքը եւ սկզբունքը լազերներ

Յուրաքանչյուր լազերային համակարգը ներառում է ակտիվ Բավարար օպտիկապես տեղադրված միջեւ զույգ զուգահեռ եւ բարձր արտացոլող հայելիներ, որոնցից մեկը կիսաթափանցիկ, եւ իշխանության աղբյուր պոմպային այն. Քանի որ ձեռք բերել միջին կարող է հանդես գալ որպես պինդ, հեղուկ կամ գազ, որը պետք է հնարավորություն մեծացնել առատություն է թեթեւ ալիքի անցնող դրան ներքին էլեկտրական կամ օպտիկական պոմպակայանի ճառագայթման. The նյութ, որը տեղադրված է մի զույգ հայելիներ, այնպես որ լույսը արտացոլվում է նրանց յուրաքանչյուր անգամ, անցնում է, եւ, որ հասել է զգալի աճ, թափանցում է կես հայելին.

դուպլեքս միջավայրը

Հաշվի առնել, որ սկզբունքը լազերային գործողության ակտիվ միջին որի ատոմների ունեն ընդամենը երկու էներգետիկ մակարդակներում Էլ ոգեւորված e ₂ եւ բազային _1: Եթե ատոմների միջոցով ցանկացած պոմպակայանի մեխանիզմի (օպտիկական, էլեկտրական ելքը ընթացիկ կամ transmittance, էլեկտրոնային հարվածով), որոնք ոգեւորված են պետական E _2-ին, մի քանի նանովայրկյանների նրանք վերադառնում են հիմնական պաշտոնում, ճառագող էներգիայի ֆոտոնների hν = E ₂ - E _1. Ըստ Էյնշտեյնի տեսության, որ արտանետումների արտադրվում է երկու տարբեր ձեւերով կամ այն գտնվում է induced կողմից ֆոտոնի, կամ այն տեղի է ունենում տարերայնորեն: Առաջին դեպքում, խթանեց արտանետումների տեղի է ունենում, իսկ երկրորդը `ինքնաբուխ. Ժամը ջերմային հավասարակշռության, հավանականությունը խթանված էմիսիայի շատ ավելի ցածր է, քան ինքնաբուխ ^{(1.10, 33),} այնպես որ պայմանական անհաջող թեթեւ աղբյուրները, եւ lasing հնարավոր է, որ պայմաններից բացի այլ ջերմային հավասարակշռության.

Նույնիսկ շատ ուժեղ պոմպային բնակչությունը-մակարդակի համակարգեր կարող է լինել միայն հավասար: Հետեւաբար, պետք է հասնել բնակչության շրջում կամ այլ օպտիկական Պոմպային մեթոդը պահանջում է երեք կամ չորս մակարդակի համակարգ.

բազմամակարդակ համակարգ

Որն է սկզբունքը եռաստիճան լազերային. The ճառագայթում ինտենսիվ լույսի հաճախականության ν ₀₂ պոմպեր մի մեծ շարք ատոմների են ամենացածր էներգետիկ մակարդակի E ₀ եւ E ₂ վերին: Radiationless անցումային ատոմների հետ E ₂ ե ₁ սահմանում է բնակչության շրջում միջեւ E _1-ին եւ E _0, որը գործնականում հնարավոր է միայն այն ժամանակ, երբ ատոմների են երկար ժամանակ է metastable պետական E _1, եւ անցումը E ₁ դեպի E ₂ ունենում շատ արագ: Օպերացիոն սկզբունքը եռաստիճան լազերային այդ պայմաններում, այնպես որ միջեւ E ₀ եւ E _1, բնակչությունը շրջում է հասնել եւ amplified ֆոտոնի էներգիայի E ₁ -E ₀ խթանված էմիսիայի: Ընդլայնվող մակարդակը E ₂ կարող է բարձրացնել կլանում ալիքի տեսականին ավելի արդյունավետ մղել, որի արդյունքում աճի խթանում արտանետման.

Եռաստիճան համակարգը պահանջում է շատ բարձր պոմպային իշխանությունը վեր ցածր մակարդակի վրա է, ներգրավված են սերնդի, դա բազան. Այս դեպքում, որպեսզի բնակչության շրջում տեղի է ունեցել պետական E ₁ է pumped ավելի քան կեսը ընդհանուր թվի ատոմների. Այս դեպքում է, որ էներգետիկ ապարդյուն. Պոմպեր իշխանությունը կարող է մեծապես կրճատվել, եթե ավելի ցածր lasing մակարդակը չէ բազան, որը պահանջում է առնվազն չորս մակարդակի համակարգ.

Կախված բնույթից ակտիվ նյութի, լազերներ, որոնք դասակարգվում են երեք հիմնական խմբերի, մասնավորապես պինդ, հեղուկ եւ բնական գազ: Քանի որ 1958 թ., Երբ առաջին սերունդը էր նկատվել է ruby բյուրեղյա, գիտնականներ եւ հետազոտողներ ուսումնասիրել են լայն շրջանակ նյութերի յուրաքանչյուր կատեգորիայի:

կուռ պետություն լազերային

Այդ գործողությունը հիմնված է օգտագործման ակտիվ միջավայրի վրա, որը ձեւավորվում է ավելացնելով ջերմամեկուսիչ բյուրեղյա վանդակավոր անցումային մետաղի (Ti ^+3, Cr ^+3, V ^+2, Co ^+2, Ni ^+2, Fe ^+2, եւ այլն: Դ) , հազվագյուտ իոնների (CE ^+3, Pr ^+3, ND ^+3, վարչապետը ^+3, SM ^+2, ԵՄ ^{+ 2 + 3,} TB ^+3, dy ^+3, Ho ^+3, Էրը ^+3, YB ⁺³ , et al.), իսկ ակտինիդների, ինչպիսիք են U ^+3: Էներգետիկ մակարդակները իոնների պատասխանատու է միայն սերնդի Ֆիզիկական հատկությունների, ինչպես նաեւ նյութական բազային, ինչպիսիք են ջերմային ջերմահաղորդություն եւ ջերմային ընդլայնման կարեւոր են արդյունավետ շահագործման լազերային. Գտնվելու վայրը վանդակավոր ատոմների շուրջ doped իոնի փոխում է իր էներգետիկ մակարդակներում. Տարբեր երկարությունները ալիքային սերնդի ակտիվ միջին են հասնել դոպինգ-տարբեր նյութեր են նույն ion.

holmium լազերային

Մի օրինակ է ամուր-պետական լազերային մի քվանտային գեներատոր, ջրով կը հեղեղեմ երկիրը holmium ատոմ փոխարինում է բազային նյութական բյուրեղային ցանցի. Ho: YAG մեկն է լավագույն lasing նյութերի. Օպերացիոն սկզբունքը holmium լազերային է, որ yttrium ալյումինե նռնաքար doped հետ holmium իոնների, օպտիկապես pumped է ֆլեշ լամպի եւ emits մի ալիքի 2097 նմ ինֆրակարմիր տիրույթում է նաեւ կլանել է հյուսվածքներում: Օգտագործեք այս լազերային համար գործողությունների վրա հոդերի, ատամնաբուժական բուժում, պետք է գոլորշիանալ քաղցկեղային բջիջները, երիկամի եւ gallstones.

A կիսահաղորդչային քվանտային գեներատոր

Quantum նաեւ լազերներ են էժան, թույլ են տալիս զանգվածային արտադրությունը եւ հեշտությամբ scalable. Գործող սկզբունքը կիսահաղորդչային լազերային հիման վրա օգտագործման PN-diode հանգույցի, որն արտադրում է լույսը որոշակի ալիքի կողմից recombination կրիչի մի դրական կողմնակալության, ինչպես LEDs. LED արտադրել ինքնաբուխ եւ լազերային դիոդներ - հարկադրաբար. Է կատարել վիճակը բնակչության շրջում, որ օպերացիոն ներկայիս չպետք է գերազանցի շեմը: Ակտիվ միջին է կիսահաղորդչային diode ունի տեսակետը միացման տարածքի երկչափ շերտերի.

Սկզբունքը շահագործման այս տեսակի լազերային է, որ պետք է պահպանել oscillations ոչ մի արտաքին հայելին է պահանջվում: Ռեֆլեկտիվ կարողությունը, շնորհիվ ստեղծվել է refractive ցուցանիշից շերտերի եւ ներքին արտացոլումը ակտիվ միջին, բավարար է այդ նպատակի համար. Խաղի վերջը մակերեսները յարի դիոդներ, որ ապահովում է զուգահեռ արտացոլող մակերեսները:

The բարդ ձեւավորվում է կիսահաղորդչային նյութական նույն տեսակի, որը կոչվում է homojunction, ինչպես սահմանված է կապող երկու տարբեր - heterojunction:

Կիսահաղորդիչների եւ p եւ n տիպի բարձր խտության կրիչների ձեւավորել p-n-հանգույցի հետ շատ բարակ (≈1 մմ) depleted շերտի.

գազի լազերային

Սկզբունքը շահագործման եւ օգտագործման այս տեսակի լազերային դարձնում այն հնարավորություն է տալիս ստեղծել սարքեր գրեթե ցանկացած հզորությամբ (սկսած milliwatts ից մեգավատ) եւ ալիքի երկարության (ուլտրամանուշակագույն ինֆրակարմիր), եւ կարող է գործել pulsed եւ շարունակական ռեժիմների. Հիման վրա բնույթից ակտիվ ԶԼՄ-ների, կան երեք տեսակի գազային լազերներ, մասնավորապես ատոմային, իոնային եւ մոլեկուլային:

Շատ գազի լազերներ pumped է էլեկտրական կատարողականը: Էլեկտրոնները են արտահոսել խողովակի են արագացրել է էլեկտրական դաշտի միջեւ էլեկտրոդի. Նրանք բախվում են ատոմների, իոնների կամ մոլեկուլների ակտիվ միջին եւ դրդել անցումը դեպի բարձր էներգետիկ մակարդակներում հասնել վիճակը բնակչության շրջում եւ խթանել արտանետման.

մոլեկուլային լազերային

Սկզբունքը լազերային գործողության հիմնված է այն բանի վրա, որ, ի տարբերություն մեկուսացված ատոմների եւ իոնների ատոմային եւ իոնային լազերների մոլեկուլները ունեն լայն էներգետիկ կապանքները ընդհատ էներգետիկ մակարդակներում. Բացի այդ, յուրաքանչյուր էլեկտրոն էներգետիկ մակարդակ ունի մի մեծ թվով vibrational մակարդակներում, եւ նրանք, ովքեր իր հերթին, - մի քանի պտտվող.

Որ էներգետիկ միջեւ էլեկտրոնային էներգետիկ մակարդակների է ուլտրամանուշակագույն եւ տեսանելի շրջաններում սպեկտրի, իսկ միջեւ vibrational-պտտվող մակարդակների - ի հեռու եւ մոտ ինֆրակարմիր շրջաններում: Այսպիսով, մեծ մասը մոլեկուլային լազերների աշխատանքային մի հեռավոր կամ մոտ-ինֆրակարմիր շրջաններում:

excimer լազերներ

Excimers են, ինչպիսիք մոլեկուլ, քանի որ ՀՅԴ-ն, KrF, XeCl, որոնք բաժանվում են կայուն վիճակում եւ առաջին մակարդակը: Սկզբունքը շահագործման լազերային հաջորդ. Որպես կանոն, այդ թիվը վիճակում գտնվող մոլեկուլների փոքր է, այնպես որ ուղղակի պոմպային ից վիճակում հնարավոր չէ: Մոլեկուլները ձեւավորված առաջին հուզված էլեկտրոնային պետության կողմից բաղադրություն ունեցող բարձր էներգետիկ halides հետ իներտ գազերի. Բնակչությունը շրջում է հասնել հեշտությամբ, քանի որ մի շարք մոլեկուլների հիմնական մակարդակի չափազանց ցածր է, համեմատած հետ հուզված. Սկզբունքը լազերային գործողության, կարճ ասած, պետք է անցում է պարտավորված հուզված էլեկտրոնային պետության հիմք պետական դիսոցացված: Բնակչությունը վիճակում միշտ է ցածր մակարդակի վրա, քանի որ այս պահին մոլեկուլ անջատել մեջ ատոմների.

The սարքավորումներ եւ լազերներ սկզբունքը կայանում է, որ ելքը խողովակ, որը լցված մի խառնուրդ է Հալիդե (F ₂₎ եւ հազվագյուտ գազի (ԱՀ): Էլեկտրոնները դրան անջատել եւ ionize է halide մոլեկուլները եւ ստեղծել բացասական իոնների. Դրական իոնները Ar ⁺ եւ բացասական F ^- արձագանքել եւ արտադրել ՀՅԴ մոլեկուլները է առաջին գրգռված վիճակում հետ կապված հետագա անցման բազային պետական Դիմագրավելով եւ սերնդի համահունչ ճառագայթման. Էքզիմերային լազերային, գործողության սկզբունքն ու օգտագործումը, որը մենք այժմ քննարկում, կարող է օգտագործվել է պոմպային ակտիվ միջին ներկ.

հեղուկ լազերային

Հետ համեմատած չոր, հեղուկներ են ավելի միատարր եւ ունեն ավելի բարձր խտությունը ակտիվ ատոմների, համեմատած գազերի. Բացի այդ, նրանք չեն դժվար է արտադրել, թույլ են տալիս հեշտ ջերմության dissipation եւ կարող է հեշտությամբ փոխարինվել: Գործողության սկզբունքն է լազերային օգտագործվում է որպես եկամուտ ստանալու միջոց օրգանական ներկերի, ինչպիսիք են, DCM (4-dicyanomethylene-2-մեթիլ-6-p- dimethylaminostyryl-4H-pyran), rhodamine, styryl, ՎՕՍ, կումարին, stilbene, եւ այլն. D ., լուծարվել է համապատասխան վճարունակ. A լուծումը ներկ մոլեկուլների է ոգեւորված ճառագայթման որի ալիքի ունի լավ կլանում գործակից: Սկզբունքը լազերային գործողության, կարճ ասած, պետք է առաջացնում է երկար ալիքի, որը կոչվում է լուսածորում. Միջեւ տարբերությունը էներգիայի կլանել եւ արտանետվել ֆոտոնները օգտագործվում nonradiative էներգետիկ Տրանզիշնզ եւ տաքացնում համակարգը:

Ավելի լայն խումբը լուսածորում հեղուկ լազերներ ունի եզակի հնարավորությունը, ալիքի tuning. Սկզբունքը շահագործման եւ օգտագործման այս տեսակի որպես tunable լազերային եւ կոհերենտ լույսի աղբյուր, որը դառնում է ավելի ու ավելի կարեւոր է սպեկտրասկոպիայում, holography, եւ կենսաբժշկական դիմումները.

Վերջերս, լազերներ, որոնք օգտագործվել են ներկ իզոտոպների տարանջատման: Այս դեպքում է, որ լազերային ընտրողաբար հուզել դրանցից մեկը, հուշում սկսել քիմիական ռեակցիա: