Laser ekintza printzipioa: laser erradiazioaren ezaugarri

laser, hau da Plancken erradiazio legeak fisika oinarritzen, teorian ekintza lehenengo printzipioa, Einstein 1917an justifikatu zuten. xurgatzen deskribatu zuen, espontaneoa eta erradiazio elektromagnetikoak probabilitatea koefiziente (Einstein koefiziente) erabiliz estimulatzen.

trailblazers

Teodor Meyman zen lehen ekintza printzipioa erakusteko ruby laser baten, oinarritutako ponpaketa optikoa flash lanpara ruby sintetikoa erabiliz, 694 nm uhin batekin erradiazio koherentea sortzen.

1960an, Irango zientzialari Jaban eta Bennett lehenengo gas laserrak zuen eta Ne gasen nahasketak erabiliz 1:10 ratioa batean sortu.

1962an, R. N. Hall lehen bat egiten diodo laser galio artseniuroak (GaAs) egina, 850 nm uhin batean igortzen. Urte hartan bertan, Nick Golonyak lehen semiconductor kuantikoaren argi ikusgai sorgailua garatu.

Gailu eta laserrak printzipioa

laser sistema bakoitzak power da ponpaketa iturri medium aktiboa optikoki ispilu paralelo eta oso islatzen pare bat, eta horietako bat da zeharrargi artean jartzen da, eta barne hartzen ditu. irabazia ertain sendo bat, likido edo gas, eta horrek argi uhin horren bidez barrutik pasatzen ponpaketa elektriko edo optiko erradiazio batera anplitudea handiagoa gaitasuna gisa jarduteko moduan. substantzia da ispilu pare bat artean kokatu da, beraz, haiek islatzen den bakoitzean argia igarotzen eta, ondoren nabarmen hazi iritsi, erdi ispiluan sartzen.

duplex ingurumena

Demagun laser ekintza printzipioa medium aktiboa horren atomo energia-maila soilik bi hauekin: E ilusioa E ₂ eta base _1. Edozein ponpaketa-mekanismoa (optikoa, elektrikoa alta uneko edo transmitantzia elektroi bonbardaketa) bidez atomo egoera E a ₂ ilusioa _bada, nanosegundoak gutxi barru itzultzeko oinarrizko posizioan dute, energiaren fotoiek radiating hν = E ₂ - E _1. Einsteinen teoriaren arabera, emisioa bi modu desberdinetan ekoiztutako: bai da fotoi batek eragindako, edo berez gertatzen da. Lehen kasuan, estimulatzen isuriaren gertatzen eta bigarren - espontaneoa. At oreka termikoa, estimulatzen isuriaren probabilitatea espontaneoa da (1:10 ³³⁾ baino askoz ere txikiagoa ^{da, beraz,} konbentzionalak inkoherentea argi iturri nagusi, lasing posible da oreka termiko baino beste baldintzetan.

oso gogorra ponpaketa biztanleria-mailako sistemak dituzten Nahiz baino ezin egin berdinak. Beraz, populazio inbertsioa edo beste ponpaketa optikoa metodoa lortzeko hiru edo lau-mailako sistema bat eskatzen du.

Maila anitzeko sisteman

Zein da hiru mailako laser printzipioa? maiztasun argi bizia irradiazio ν ₀₂ txikiena energia maila E ₀ eta E ₂ goi-la-tik atomo kopuru handia ponpak up. dituzten atomo E ₂ trantsizio Radiationless E ₁ E ₁ eta E ₀ bitarteko biztanleen _inbertsioa, eta horrek praktikan baino ez da posible denean atomo baten baditu metastable egoera E _1, denbora luzea _da, eta E _1etik trantsizioa E ₂ gertatzen azkar ezartzen. eragilea hiru mailako laser baten printzipioa, baldintza hauetan da, beraz, E ₀ eta E _{1 artean,} biztanleria inbertsioa lortzen da eta haundituko da fotoi energia E ₁ -E ₀ estimulatzen isuriaren. Wider mailan E ₂ xurgapena uhin luzera sorta gehiago eraginkortasunez ponpa handitu egin dezake, estimulatzen isuriaren hazkundea ondorioz.

Hiru maila sistema ponpaketa potentzia oso handia maila txikiagoa geroztik eskatzen, diren belaunaldi parte hartzen, base bat da. Kasu honetan, populazio inbertsioa ahal izateko estatuko E ₁ bururatu atomo kopuru osoaren erdia baino ponpatzen beharreko gehiago. Kasu honetan, energia alferrik galtzen da. pump boterea asko murriztu daiteke lasing maila txikiagoa ez dela oinarri, gutxienez lau mailako sistema bat behar badu.

substantzia aktiboa izaeraren arabera, laserrak dira oinarrizko hiru kategoriatan, hots solidoa, likidoa eta gasa sailkatzen. 1958 urteaz geroztik, lehen belaunaldiko ruby kristal batean ikusi zen, zientzialari eta ikertzaile kategoria bakoitzean material sorta zabal bat ikasi dute.

egoera solidoko laser

Eragiketa medium aktiboa erabilera hori isolatzaileak bat kristal sare trantsizio metal gehituz osatzen oinarritzen da (Ti ^+3, Cr ^+3, V ^+2, Co ^+2, Ni ^+2, Fe ^+2, eta abar D.). , lurra arraroen ioiak (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.), eta, besteak U ⁺³ bezala actinides ^du. energia-mailak belaunaldi bakarrik arduratzen ioiak. base materialaren propietate fisikoak, hala nola, eroankortasun termikoa eta gisa hedapen termiko laser funtzionamendua eraginkorra izateko garrantzitsuak dira. Kokapena dopatutako ion baten inguruan atomoz sare aldatzen bere energia-mailak. olatuak sortzeko luzerak desberdinak ertainera aktiboan dira hainbat material Dopina ioi berean lortzen da.

holmium laser

egoera solidoko laser baten adibidea sorgailu kuantikoa, dua holmium atomo base kristal sare materiala ordezkatuko da. Ho: YAG material lasing onenetako bat da. eragile holmium laser printzipioa yttrium aluminiozko granatea dela holmium ioiak, optikoki flash lanpara ponpatzen eta 2097 nm uhin bat infragorria barrutian dago ondo xurgatu ehunen por igortzen dopatutako da. Erabili laser hau eragiketak egiteko artikulazioetan, tratamendua hortz, on minbiziaren zelulak, giltzurruna eta behazun vaporize.

semiconductor kuantikoaren sorgailua A

Quantum ondo laserrak merke, baimendu masa ekoizpen dira eta erraz eskalatu. Ustiapen-printzipioa semiconductor laser oinarritutako pn-diodoa bidegurutzean, eta horrek uhin-luzera jakin bateko argia sortzen garraiolari of birkonbinazio-ek bias positibo batean, LED bezalako erabilera orrian. LED igortzen berez eta laser diodoak - konpultsiboan. baldintza biztanleria inbertsioa betetzeko, eragile uneko muga gaindituko luke. semiconductor diodo batean medium aktiboa konexio bi dimentsioko geruza eremuaren ikuspegi bat du.

laser mota honen funtzionamendua printzipioa da hori gorabehera ez da kanpoko ispilu derrigorrezkoa da mantentzeko. The islatzaileak gaitasuna, ondorioz sortu errefrakzio indizea to geruzak eta ertainera aktiboaren barne hausnarketa, horretarako nahikoa da. end gainazal iunctaturen duten paralelo islatzen gainazal eskaintzen diodoak.

mota bereko materiala semiconductor osatutako konposatu The homojunction deritzo, bi desberdinak konektatzen ezartzen duen moduan - heterojunction.

p eta n motako eramaile dentsitate handia duten of Erdieroaleak osatzen p-n-bidegurutze bat oso mehea (≈1 mm) agortu geruza batekin.

gas laser

eragiketa eta laser mota honen erabilera printzipioa egiten ia edozein gaitasunaren gailuak eta uhin (megawatt to milliwatts ra) sortzea posible da (ultramoreak tik infragorria) eta ezin moduak pultsatu eta etengabeko jarduten. Oinarritutako media aktiboa izaeraren, hiru gas laserrak, hots atomikoa, ionikoak eta molekula mota daude.

ponpatzen alta elektrikoa gas laserrak gehienak. alta hodi elektroiak dira elektrodoak arteko eremu elektrikoaren bizkortu. atomo, ioi edo ertain aktiboa molekulak talka egiten dute eta bultzatzea energia-maila altuagoa trantsizio biztanleria inbertsioa eta estimulatzen isuriaren egoera bat lortzeko.

laser molekularreko

laser ekintza printzipioa Izan ere, atomo isolatu eta ioiak laserrak atomikoa eta Ion ez bezala, molekula edukitzeko energia zabal diskretuak energia mailak banda oinarritzen da. gutxi errotazio bat - Horrez gain, bakoitzak elektroi energia maila bibrazio maila kopuru handi bat, eta, aldi berean horiek ditu.

elektroi energia-mailen arteko energia UV eta ikusgai espektro eskualdetan dago, bibrazio-errotazio maila arteko bitartean - Urrun eta gertu eskualdetan infragorria ere. Horrela, laserrak molekularreko urrutiko edo gertu-infragorria eskualde batean lanean.

excimer laserrak

Excimers ARF, KrF, XeCl esaterako molekula dira, lurrean egonkorra egoera eta lehenengo mailan banatzen dira. laser hurrengo funtzionamendua printzipioa. Normalean, lurrean molekulak estatuan kopurua txikia da, beraz, lurrean egoera batetik ponpaketa zuzena ez da posible. Molekula lehen, ilusioa egoera elektronikoan osatutako konposatu bat altua energia gas geldoak dituzten haluroak izatea. populazio inbertsioa erraz lortu molekula kopurua, oinarrizko mailan oso baxua denez, aldean, ilusioa batera. laser ekintza printzipioa, azken batean, ez da loturik hunkituta egoera elektroniko bat trantsizio lurrera egoera dissociative bati. Lurrean egoera biztanleria beti txikia mailan, puntu honetan molekularen atomo sartu banantzen direlako.

aparatu eta laserrak printzipioa osatzen alta hodi halide nahasketa bat (F ₂₎ eta gas arraroak (Ar) betetzen da. bertan elektroiak banantzen eta halide molekulak ionize eta ioi negatiboak sortzen. Positiboa ioiak Ar ⁺ eta negatiboak F ^- erreakzionatu eta ARF molekulak ekoizteko ondorengo oinarri estatuaren mutur aldaratzailea eta belaunaldi erradiazio koherente baten trantsizioa lotutako lehen, ilusioa egoera batean. Excimer laser, ekintza printzipioa eta erabilera horietatik dugu orain kontuan hartuta, koloratzaile ertain aktiboa ponpaketa erabil daitezke.

likido laser

solidoen alderatuta, likidoak gehiago homogeneoa dira, eta atomo aktiboaren dentsitate handiagoa dute, gasak alderatuz. Honetaz gain, ez dira zailak, ekoizteko baimendu erraza bero gehiago xahutzen eta erraz ordezkatu ahal izango dira. laser ekintza printzipioa irabazia tinta organikoak medium bat, hala nola DCM gisa erabiltzen da D (4-dicyanomethylene-2-metil-6-P- dimethylaminostyryl-4H-pyran), rodamina, styryl, LDS, coumarin, estilbenoetatik, eta antzekoak. ., disolbatzaile egoki bat desegin. koloratzaile molekula konponbidea ilusioa erradiazio horren uhin-luzera xurgapen koefizientea ona du da. laser ekintza printzipioa, azken batean, ez da uhin luzeagoa, fluoreszentzia izeneko sortzeko. Energia arteko aldea xurgatu eta igortzen fotoiak nonradiative energia trantsizio erabili eta sistema berotzen.

uhin-luzera sintonia - zabalagoa band fluoreszentzia likido laserrak berezia ezaugarri bat dauka. eragiketa eta mota honetako tunable laser bat eta koherente argi-iturri gisa erabiltzea printzipioa, gero eta espektroskopia, holography garrantzitsua, eta aplikazio biomedikoak bihurtuz.

Berriki, laserrak erabili dira isotopo bereizketa tindatzen. Kasu honetan, laser selektibo urduritu horietako bat, erreakzio kimiko bat hasteko galdetu.