лазерно устройство

В схема: 1 - активното средство; лазерна енергия на помпата - 2; 3 - непрозрачен огледало; 4 - полупрозрачен огледало; 5 - лазерния лъч.

Всички лазери се състои от три основни части:

активен (работно) среда;

помпена система (енергия);

оптичен резонатор (може да бъде пропуснато, ако лазерът действа като усилвател).

Всеки един от тях предвижда лазерен изпълнение на техните специфични функции.

Активното среда

Понастоящем, различни агрегатното състояние на веществото се използва като работен лазерна среда: твърди, течни, газообразни, плазма [15]. Обикновено, броят на атомите в възбудени енергийните нива се определя от разпределението на Болцман [16]:

Тук N - броят на атомите в възбудено състояние с енергия Е. N0 - броят на атомите в основното състояние, к - Болцман константа, T - temperaturasredy. С други думи, тези атоми са във възбудено състояние е по-ниска, отколкото в земята, така че вероятността chtofoton посадъчен чрез посредничеството ще доведе стимулирано излъчване е малък в сравнение с вероятността за абсорбция. Poetomuelektromagnitnaya вълна преминава през веществото консумира им енергия за възбуждане така atomov.Intensivnostizlucheniya попада pozakonu Bouguer [2]:

Тук I0 - начален интензитет, Il - интензивността на излъчване, предадено чрез л разстояние в среда, a1 на - фигура pogloscheniyaveschestva. От zavisimosteksponentsialnaya, лъчението се абсорбира много бързо.

В случай, че броят на възбудените атоми е по-голяма, отколкото спокоен глас (т.е. в състояние на инверсия на населението), ситуацията е обратна. стимулирани актове емисии предимство пред абсорбцията и излъчването амплифицира чрез закона [2]:

където а2 - квантов печалба. В действителност лазер усилване се появява докато величината на входящия мощност поради стимулирано излъчване става равна на стойността на енергията загуби в кухина [17]. Тези загуби са свързани с nasyscheniemmetastabilnogo ниво на работните вещества, след което се изпомпва енергия идва само при неговото отопление, както и наличието на редица други фактори (разсейването от хомогенностите, pogloschenieprimesyami, неидеални отразяващи огледала, полезна и нежелан радиация в околната среда и така нататък.).

помпена система

Различни механизми се използват за създаване на обратен населението на лазерна среда. Твърдият lazerahona извършва поради облъчване moschnymigazorazryadnymi импулсни лампи, sfokusirovannymsolnechnymizlucheniem (така нареченото оптично изпомпване) и други лазерно лъчение (по-специално, полупроводникови). Когато тази операция е възможно само в импулсен режим, тъй като тя изисква много bolshieplotnosti energiinakachki причинява продължително излагане на силно нагряване и унищожаване на пръта на работното вещество. лазери газови и течни използвани nakachkaelektricheskim разряд. Тези лазери работят в непрекъснат режим. Nakachkahimicheskih лазери възниква от среден поток в техните активни химични реакции. В тази група се появява инверсия или директно от реакционните продукти или на въведените примеси е специално подходящи нива структура на енергия. Nakachkapoluprovodnikovyh lazerovproiskhodit със силна pryamogotokacherezp-п възел, както и puchkomelektronov. Има и други методи за изпомпване (gasdynamic състоящи се в предварително охлаждане nagretyhgazov; фотодисоциация, определен случай на химически помпа и т.н.).

На фигурата: а - на три нива и Б - четири нива изпомпване схемата на активното средство.

Класическият тристепенна система работната среда на помпата се използва, например, в един рубин лазер. Rubinpredstavlyaet soboykristallkorundaAl2 O3. legirovannyynebolshim kolichestvomionovhromaCr 3+. които са източник на лазерното лъчение. Поради влиянието на електрически външни polyakristallicheskoy reshotkikorunda hromaE2 сенчести енергийно ниво (вж. Старк ефект). Това е, което дава възможност да се използват многоцветни радиация като помпа. Така атом преминава от основното състояние до възбудено energieyE0 енергия близо до E2. В това състояние, атомът може да бъде относително къси (около 10 -8 и), се появява почти веднага radiationless преход да изравни Е1. където атомът може да бъде значително по-дълъг (до 10 -3 и), така наречените метастабилна ниво. Има възможност за стимулирано излъчване под влиянието на други случайни фотони. Веднага след като атомите в метастабилна състояние става повече от предимно процес поколение започва.

Трябва да се отбележи, че за да се създаде инверсия население от атоми на хром Cr през помпата директно до нивото E0 ниво E1 е невъзможно. Това се дължи на факта, че ако нивото на усвояване и стимулира отделянето възникне между две нива, както на тези процеси се появи със същата скорост. Ето защо, в този случай може да се изравнят помпена популациите на две нива, което не е достатъчно за трайното.

В някои лазери, като например Nd, където активния елемент се появява на neodimaNd 3+ йони. Той използва четири нива верига помпа. Има метастабилна между Е2 и Е0 нивото база има междинен - ​​работно ниво Е1. Стимулирано излъчване се случва по време на прехода между нива на Е2 атом и Е1. Предимството на тази схема е, че в този случай е лесно да се задоволи инверсия състояние на населението, тъй като животът на горния лазер ниво (Е2) от няколко порядъка по-голям от живота на по-ниско ниво (Е1). Това значително намалява изискванията за източника на изпомпване. В допълнение, тази схема позволява да създавате мощни лазери, работещи в непрекъснат режим, което е много важно за някои приложения. Въпреки това, тези лазери имат значителен недостатък в ниска квантовата ефективност, която се определя като съотношението на енергията на излъчената фотонна енергия усвояването на фотоните на помпата (ηkvantovoe = hνizlucheniya / hνnakachki)