Принципи на лазери - studopediya

Лазерно - източник на електромагнитни вълни на видими, инфрачервени и ултравиолетови варира въз основа на стимулираната (или индуцирана) емисия на атоми и молекули. "Лазера" Думата е съставена от началните букви (съкращение) думите на английски фраза «усилване на светлината чрез стимулирано излъчване на лъчиста», което означава "усилване на светлината чрез стимулирана емисия в". В литературата също се използва терминът "оптически мазер" (лазер).

Принципът на работа на лазера се основава на три основни идеи. Първата идея, свързана с използването на принудителен (предизвикан) излъчване на светлина от атомни системи. Втората идея е да се използва термодинамично nonequilibrium среда с обърнати на населението, които могат да повишат и не поглъщане на светлина. Трета идея е да се използва положителна обратна връзка за преобразуване на системата усилвателна на последователна радиация генератор.

Помислете за свободен, не податлива на външни влияния атом излъчваща среда, която е в възбудено състояние. Тогава той спонтанно (спонтанно) може да се движи от възбудено състояние с енергия E2 към земята (спокоен глас) състояние с енергия E1. Това ще бъде излъчвана квант светлина - фотон с енергия Efotona = HN = Е2 - Е1. където п - честотата на излъчваната радиация. Статистически, случайния характер на процесите на спонтанни емисии води до факта, че електромагнитните вълни, излъчвани от отделните атоми обичайни източници на светлина не са съвместими един с друг: те имат посока различна фаза размножаване и поляризация. Това означава, че спонтанната емисия от конвенционални източници на непоследователен светлина.

Стимулиран (индуцирана) радиация - излъчване на електромагнитни вълни, което се случва, ако средата на възбудени атоми са прехвърлени към основното състояние под въздействието на външно облъчване (фотон). Това взаимодействие на фотон с възбудено атом може да бъде, ако на фотонна енергия, равна на разликата HN енергийните нива на атома в възбудените и наземни членки на: Efotona = HN = Е2 - Е1 (Фигура 1.), където п - честотата на външно облъчване. В този случай, след взаимодействие на фотони с един атом от атома ще се разшири за двама фотон: принуждавайки и принудителна. т. е. светлина усилване се появява. Полученият стимулирани радиация има строги честота и фаза като стимулиращата този процес и се простира в същата посока, т.е.. F. индуцирано от радиация е последователни радиация сили.

При взаимодействието на фотони с вещество заедно с стимулирано излъчване отива процес абсорбция фотон от които атоми прехвърляне материал от основното състояние да възбудено. При нормално състояние на спокоен глас атоми в материал е значително по-голям от възбуден, обаче взаимодействието на фотони с въпрос процес преобладаващ абсорбция, и няма амплификация на светлина. За процеса на стимулирани емисии преобладава над абсорбция, е необходимо да се променя разпределението на атома на облъчени материал нива на енергия. Светлината амплификация се извършва, ако концентрацията на атома в горните енергийни нива, съответстващи на възбудено състояние е по-голяма от по-ниска. Това разпределение на атомите на средни нива на енергия, наречен обратен население. Това състояние е възможно само в случай на термодинамично nonequilibrium медии.

Среда с обърната популация на нива, в която има укрепване, отколкото абсорбцията на светлината, която се нарича активна среда. Според вида на активните средни използват лазери са разделени на газ (например, хелий, неон, аргон и други подобни. D.) Течност, твърдо вещество (рубин, стъкло или сапфир) и полупроводникови (в тях като активен компонент ispol'uet-zuetsya полупроводникови възел и).

Начини за създаване на активна среда, наречен лазерен изпомпване. Има различни методи за изпомпване лазери - оптично изпомпване (облъчване за работна среда на твърдотелен лазер силна светлина флаш лампа), възбуждане с електронен удар (в лазери газоразрядни), химически изпомпване и др ..

За изпълнение на положителна обратна част от генерираната радиация трябва да остане в активно среда и да причини стимулирано излъчване на повече и по-възбудени атома. За да се създаде такъв метод активното среда се поставя в оптичния резонатор. Оптичната резонатор е система от две огледала, между които активното средство. Огледала може да бъде плоска, изпъкнала или вдлъбната. Най-важното свойство на тях - високата стойност на коефициента на отражение. Използва огледала с многослойно покритие диелектрик има силно отражение и едва ли поглъщат светлината. Поради множествена отражение на светлинните вълни посадъчен в активната среда на огледалата оптичните резонатор, при условие че тяхното повтаряща усилване, при което се постига висока мощност на излъчване.

Разглеждане на принципа на работа на устройството и газ лазер хелий-неонов, която работи в непрекъснат режим във видимия спектър. Основният елемент на тръбата за лазерно освобождаване се пълни със смес от газове - хелий и неон. Хелий парциално налягане от 1 mm Hg. Чл. неон - 0.1 mm Hg. Чл. Неон атома са на активното средство (на работниците), хелиеви атоми - спомагателен трябва да създаде обратен популация от неонови атома.

Фиг. 2 показва енергийните нива на неонови и хелиеви атоми. Когато електрически разряд в тръбата възбудени атоми на хелий и премине в състояние 2. Първият възбуден нивото на хелий 2 съвпада с енергийно ниво 3 неонови атоми. Следователно, когато се сблъскват с атома неон, хелиеви атоми предаване на енергия и ги прехвърля възбудено състояние 3. По този начин, в тръбата създава активна среда, състояща се от неонови атоми с обратни на населението.

Спонтанно (спонтанно), преходът на отделните неонови атоми на енергийно ниво 3 към ниво 2 причинява фотони. С допълнително излагане на тези фотони от възбудените неонови атоми настъпва последователен облъчване индуцира в тръбата и последният се случва с увеличаване на фотонния поток енергия HN.

За да се увеличи силата на излъчване на тръбата 1 напълнена със смес от хелий и неон, са поставени в оптичния резонатор, образуван от огледала 5 и 6 (вж. Фиг. 3). Отразена от огледала, потокът фотон преминава по протежение на оста на тръбата, на стимулирано излъчване в процеса на увеличаване на броя на завъртанията неонови атома, и интензивността на генерираните радиация лавина увеличава.

Лазерът работи в режим на активния елемент, ако загубата на енергия на светлина вълна при всяка отражение огледало на резонатор е по-малко от увеличението на енергия в резултат на стимулирано излъчване, когато преминава по тръбопровода чрез активната среда. Затова е много важно е качеството на огледалата за резонатор. В резонатор се състои от плосък 5 и 6 от вдлъбнати огледала с многослойни диелектрични покрития (Фигура 3). Коефициентът на отражение от огледалата е много висока - 98-99%. Светлинна пропускливост единична огледало е около 0.1%, а други - около 0,2%. Използването на огледало на резонатора осигурява мощен и тесен лъч светлина.

Нивата на енергия 2 и 3 от неонови атоми имат сложна структура, следователно лазерът може да излъчва до 30 различни дължини на вълната в инфрачервения и видимия диапазон. Огледала да многослоен резонатор с цел създаване на намесата поради необходимата отражение за една дължина на вълната. Така лазерът излъчва строго определена дължина на вълната.

Тръбата за освобождаване 1 (фиг. 3) от затворените краища на паралелни плоски стъклени плочи 4 инсталирани в ъгъла на Брюстер на оста на тръбата. Такава разпоредба позволява преминаването на тромбоцитите през него поляризирана радиация без загуба на неон на равнината на отражение и причинява поляризация на лазерното лъчение. За създаване на електрически разряд в тръбата в нея влязоха два електрода: анод 2 и катодът 3. Чрез преминаване на електрически ток през тръбата, в среда, He-Ne създаден нива за инвертиране на населението.

източници лазерна светлина имат редица значителни предимства пред други източници:

1. Лазери могат да генерират светлинни лъчи с много нисък ъгъл дивергенция (приблизително 10 -5 RAD). На Луната, един лъч, излъчван от Земята, дава диаметър място на 3 км.

2. Лазерната светлина е със значително по-изключено съгласуваност и monochromaticity.

3. лазери са най-мощните източници на светлина. връзки-ком Кратко време интервал на спектър Menno (за период от всяко време продължителност от 10 -13 и) за някои видове лазерно лъчение мощност постига 10 17 W / ст2, докато силата на слънчевата радиация е равна на roofing- 7 мар, 10 х W / cm 2 е общо целия спектър. В тесен между вала Dl = 10 -6 cm (ширина спектрална линия лазер) имат Слънцето само 0,2 W / cm2. По силата на електрическия-областта в електромагнитна вълна, излъчена от лазера е по-голяма от силата на полето в рамките на атом.