Prensip la nan lazè a: karakteristik nan radyasyon lazè

Premye prensip aksyon laser la, fizik ki te baze sou lwa radyasyon Planck la, te teyorikman te entwodwi pa Einstein nan 1917. Li te dekri absòpsyon an, radyasyon elektwomayetik espontane ak ankouraje avèk èd nan koyefisyan pwobabilite (Koefisyan Einstein a).

Pyonye

Teodor Meyman te premye moun ki demontre prensip la nan aksyon nan yon lazè Ruby, ki baze sou ponpe nan optik lè l sèvi avèk yon lanp flash jwèt sentetik Ruby, jenere radyasyon an aderan ak yon longèdonn nan 694 NM.

An 1960, syantis Iranyen Javan ak Bennett te kreye gaz premye pwopòsyon dèlko a lè l sèvi avèk yon melanj de Li ak Ne gaz nan yon rapò nan 1:10.

Nan 1962, R. N. Hall fè yon premye lazè dyòd a jonksyon te fè nan Galyòm arsenyur (Gach), émettant nan yon longèdonn nan 850 NM. Pita nan ane sa a Nick Golonyak devlope semiconductor nan premye pwopòsyon dèlko nan limyè vizib.

Aparèy la ak prensip nan operasyon nan lazer

Chak sistèm lazè konsiste de yon mwayen aktif mete ant yon pè nan miwa optik paralèl ak trè reflete, youn nan ki se semitransparent, ak yon sous enèji pou ponpe li yo. Anplifikasyon mwayen an ka yon solid, likid oswa gaz ki gen pwopriyete anplifye anplitid yon vag limyè pase nan li pa stimile emisyon ak ponp elektrik oswa optik. Se sibstans la mete ant yon pè nan miwa nan yon fason ke limyè a reflete nan yo pase nan li chak fwa, epi, rive yon benefis konsiderab, Penetration nan glas la translusid.

De-nivo mwayen

Konsidere prensip la nan aksyon lazè ak yon mwayen aktif ki gen atòm gen sèlman de nivo enèji: E eksite E ₂ ak baz _1. Si atòm yo atravè nenpòt mekanis ponpe (optik, elektrik aktyèl egzeyat oswa transmissions elèktron bonbadman) yo eksite nan yon eta E _2, nan yon nanosgond kèk yo retounen nan pozisyon an debaz yo, gaye foton enèji hν = E ₂ - E _1. Dapre teyori Einstein a, se emisyon pwodwi nan de fason diferan: swa li se induit pa yon foton, oswa bagay sa yo rive natirèlman. Nan ka a an premye, ankouraje emisyon pran plas, ak nan ka a dezyèm - emisyon espontane. Nan ekilib tèmik, pwobabilite ki genyen pou stimuler emisyon se pi pi ba pase espontane a (1:10 ^33), se konsa ke pi konvansyonèl dezoryante sous limyè, ak lasing se posib nan lòt pase ekilib tèmik kondisyon sa yo.

Menm ak ponpe trè fò, popilasyon an nan sistèm de nivo sèlman kapab fèt egal-ego. Se poutèt sa, yo nan lòd yo reyalize yon popilasyon Envèse pa optik oswa lòt ponpe, twa- oswa kat nivo nivo yo mande yo.

Multilevel Sistèm

Ki sa ki prensip la nan aksyon an nan yon lazè twa-nivo? iradyasyon an nan limyè entans nan frekans ν ₀₂ ponp moute yon gwo kantite atòm nan pi ba nivo enèji E a ₀ ak E ₂ nan anwo a. tranzisyon Radiationless ak atòm E la ₂ a E ₁ etabli yon entèrvèrsyon popilasyon ant E ₁ ak E _0, ki nan pratik se sèlman posib lè atòm yo se yon bon bout tan nan yon eta E metastabl _1, ak tranzisyon soti nan E ₁ a E ₂ rive byen vit. Prensip la opere nan yon lazè twa-nivo a se nan kondisyon sa yo, se konsa ke ant E ₀ ak E _1, se entèrvèrsyon nan popilasyon reyalize epi li se anplifye fotonik enèji E ₁ -E ₀ ankouraje emisyon. Pi laj nivo E ₂ kapab ogmante seri a absòpsyon longèdonn nan plis efikasite ponpe, sa ki lakòz kwasans lan nan emisyon an ankouraje.

Sistèm nan twa-nivo mande pou pouvwa trè wo ponpe, depi nivo ki pi ba ki enplike nan jenerasyon an se baz la yon sèl. Nan ka sa a, yo nan lòd nan popilasyon entèrvèrsyon ki te fèt nan eta E la ₁ yo dwe ponpe plis pase mwatye nan kantite total atòm. Se konsa, enèji gaspiye. Pouvwa ponp lan ka siyifikativman redwi si nivo ki pi ba nan jenerasyon se pa debaz, ki mande pou omwen yon sistèm kat nivo.

Tou depan de nati a nan sibstans aktif la, lazer yo divize an twa kategori prensipal, savwa, solid, likid ak gaz. Depi 1958, lè jenerasyon te premye obsève nan yon kristal Ruby, syantis yo ak chèchè yo te etidye nan yon pakèt domèn materyèl nan chak kategori.

Solid-eta lazè

Se operasyon an ki baze sou itilize nan yon mwayen aktif ki se ki te fòme pa ajoute yon metal kristal lasi tranzisyon posibilite (Ti ^+3, Kr ^+3, V ^+2, Ko ^+2, Ni ^+2, Fe ^+2, ak sou sa D..) tè a, iyon ra (CE ^+3, PROV ^+3, ND ^+3, H ^+3, Sm ^+2, Eu ^{+ 2, + 3,} Tibèkiloz ^+3, Dy ^+3, Ho ^+3, Er ^+3, Yb ⁺³ , et al.), ak aktinid yo tankou U ^+3. Nivo yo enèji nan iyon yo responsab sèlman pou moun k'ap viv koulye a. pwopriyete fizik nan materyèl la baz, tankou konduktiviti tèmik ak ekspansyon tèmik yo enpòtan nan operasyon an efikas nan lazè a. Aranjman an nan atòm lasi yo ozalantou ion dot yo chanje nivo enèji li yo. Diferan longèdonn nan jenerasyon nan mwayen aktif la reyalize pa dopan materyèl diferan ak ion an menm.

Lazè lazè

Yon egzanp yon lazè solid-eta se yon dèlko pwopòsyon nan ki holmium ranplase atòm nan nan materyèl la baz nan lasi a kristal. Ho: YAG se youn nan materyèl yo jenerasyon pi bon. Prensip la nan lazè a lazè se ke gan an aliminyòm-yttrium se dot ak iyon holmium, optically ponpe pa yon lanp flash ak emèt nan yon longèdonn nan 2097 NM nan bann IR a, ki se byen absòbe tisi yo. Sa a se lazè itilize pou operasyon sou jwenti yo, nan tretman an dan, pou evaporasyon an nan selil kansè, wòch ren ak kalkè.

Semiconductor pwopòsyon dèlko

Lazè nan pwopòsyon pwi yo se chè, yo pèmèt pwodiksyon an mas epi yo fasil évolutiv. Prensip la opere nan lazè a semi-conducteurs ki baze sou itilize nan pn-dyòd a jonksyon junction, ki pwodui limyè nan yon longèdonn sèten pa rekonbinezon nan konpayi asirans lan nan yon patipri pozitif, tankou poul. Dirije emèt natirèlman, ak lazè dyod - fòse. Pou satisfè kondisyon envèstisman popilasyon an, aktyèl opere a dwe depase valè papòt la. Mwayen aktif nan yon dyòd semi-conducteurs gen fòm yon rejyon konekte de kouch de dimansyon.

Prensip la nan operasyon nan sa a ki kalite lazè se tankou ke pa gen okenn glas ekstèn oblije kenbe vibrasyon. Kapasite nan meditativ, ki te kreye akòz nan endèks Refractive kouch yo ak entèn refleksyon nan medyòm a aktif, se ase pou objektif sa a. Sifas yo fen nan dyod yo ap klavye, ki asire paralelism nan sifas yo reflete.

Yon konpoze ki fòme pa materyèl semi-kondiktè nan menm kalite a yo rele yon homojunction, ak kreye pa yon konbinezon de de diferan - yon heterojunction.

Semiconductors nan kalite p ak n ak yon dansite segondè konpayi asirans pne yon junction pn ak yon anpil mens (≈1 μm) kouch rediksyon.

Gaz lazè

Prensip la nan operasyon ak itilizasyon sa a ki kalite lazè fè li posib yo kreye aparèy nan prèske nenpòt pouvwa (soti nan milliwatts megawat) ak longèdonn (soti nan UV IR) ak pèmèt yo opere nan mòd enpulsyonèl ak kontinyèl. Ki baze sou nati a nan medya yo aktif, gen twa kalite gaz pwopòsyon dèlko, savwa, atomik, iyonik, ak molekilè.

Pifò gaz lasers yo ponpe ak yon egzeyat elektrik. Elektwon nan tib la egzeyat yo akselere pa yon jaden elektrik ant elektwòd yo. Yo fè kolizyon avèk atòm, iyon oswa molekil nan mwayen aktif epi pwovoke yon tranzisyon nan nivo ki pi wo enèji pou reyalize eta popilasyon an nan envèrsyon ak ankouraje emisyon.

Molekilè lazè

Prensip la nan lazè a baze sou lefèt ke, kontrèman ak atòm izole ak iyon, nan atomik ak iyonik pwopòsyon dèlko, molekil gen gwo Gwoup enèji nan nivo enèji disrè. Nan ka sa a, chak nivo enèji elektwonik gen yon gwo kantite nivo vibration, ak sa yo, nan vire, yo yon ti jan wotasyon.

Enèji ki genyen ant nivo enèji elektwon se nan rejyon UV ak vizib nan spectre an, pandan y ap ant nivo vibration-wotasyon - nan byen lwen ak tou pre IR rejyon yo. Kidonk, pi dolarè pwopòsyon molekilè opere nan rejyon byen lwen oswa tou pre-IR.

Excimer lasers

Excimer yo se molekil sa yo tankou ArF, KrF, XeCl, ki gen yon eta tè divize ak yo ki estab nan nivo a an premye. Prensip la nan lazè a se jan sa a. Kòm yon règ, kantite molekil nan eta a tè a piti, se konsa dirèk ponpe soti nan eta a tè se pa posib. Molekil yo fòme nan premye eksite eta elektwonik la lè yo konbine aliminyòm wo-enèji ak gaz inaktif. Popilasyon an nan envèrsyon an se fasil reyalize, depi kantite molekil nan nivo baz la se twò piti, an konparezon ak yon sèl la eksite. Prensip la nan aksyon an lazè, yon ti tan, konsiste nan tranzisyon an soti nan mare eksite eta a elektwonik nan eta a tè izolman. Popilasyon an nan eta a tè toujou rete nan yon nivo ki ba, paske molekil yo nan pwen sa a izole nan atòm.

aparèy ak lazer Prensip la konsiste nan ki tib la egzeyat ki te ranpli avèk yon melanj de Halogen (F ₂₎ ak gaz ra (Ar). Elektwon yo nan li disosyon ak ionize molekil yo alojene ak kreye iyon negatif chaje. iyon pozitif Ar ⁺ ak negatif F ^- reyaji epi ki pwodui molekil ARF nan eta a premye eksite asosye ak tranzisyon an ki vin apre nan repouse nan baz leta ak moun k'ap viv koulye nan radyasyon aderan. Lazè a excimer, prensip la nan operasyon ak aplikasyon nan ki nou yo kounye a konsidere, yo ka itilize yo ponpe mwayen aktif la sou koloran.

Lazè likid

Konpare ak solid, likid yo gen plis omojèn, epi yo gen yon dansite ki pi wo nan atòm aktif, konpare ak gaz. Anplis de sa, yo pa difisil yo pwodwi, yo pèmèt tou senpleman yo retire chalè epi yo ka fasil ranplase. Prensip la nan lazè a se sèvi ak koloran òganik tankou DCM (4-dicyanomethylene-2-methyl-6-p-dimethylaminostyryl-4H-piran), Rhodamin, styryl, LDS, kumarin, stilbene, elatriye, kòm yon mwayen aktif .., Dissolved nan yon sòlvan apwopriye. Yon solisyon nan molekil lank eksite pa radyasyon ki gen longèdonn gen yon koyefisyan absòpsyon bon. Prensip la nan lazè a, nan kout, se jenere yon longèdonn ki pi long, ki rele fluoresans. Diferans ki genyen ant enèji a absòbe ak foton yo emèt itilize pa tranzisyon enèji nonradiative ak koule sistèm lan.

Gwoup la fluoresans pi laj nan dèlko pwopòsyon likid gen yon karakteristik inik - akouchman longèdonn. Prensip la nan operasyon ak itilizasyon sa a ki kalite lazè kòm yon sous limyè ak ankadreman limyè ap vin de pli zan pli enpòtan nan espektroskopi, olografik, ak nan aplikasyon pou byomedikal.

Dènyèman, pwopòsyon dye ki baze sou dye ki te itilize yo separe izotòp. Nan ka sa a, lazè a selman excites youn nan yo, sa ki pouse antre nan yon reyaksyon chimik.