Лазер үйл ажиллагааны зарчим: лазер цацрагийн онцлог

1917 онд лазер, онолын хувьд Планк-ын цацраг хуулийн физикийн дээр тулгуурласан байгаа арга хэмжээний эхний зарчим, Einstein зөвтгөгдсөн билээ. Тэр өөрөө аяндаа, шимэгдэлтийг тодорхойлсон ба магадлалын коэффициент (Эйнштейн коэффициент) ашиглан цахилгаан соронзон цацрагийг түлхэц.

trailblazers

Teodor Meyman эхний үйл ажиллагааны зарчмыг баталж байсан нь бадмаараг лазер, флаш гэрэл синтетик бадмаараг ашиглан оптик шахах дээр үндэслэн, 694 нм-ийн долгионы уртад нь уялдаа холбоотой цацраг үүсгэдэг.

1960 онд Ираны эрдэмтэд Иаван болон Беннет 1:10 харьцаа Тэрээр болон Ne хийн хольцыг ашиглан анх удаа хийн лазер бий болгосон байна.

1962 онд Р. Н. танхим эхний болгодог диод лазер 850 нм-ийн долгионы уртад ялгаруулах, gallium arsenide (GaAs) хийсэн. Дараа нь Тэр жил нь Ник Golonyak үзэгдэх гэрлийн эхний хагас дамжуулагч квантын генератор боловсруулсан.

төхөөрөмж болон лазер зарчим

лазер систем бүр идэвхтэй, дунд оптикийн нэг нь тунгалаг юм зэрэгцээ, өндөр тусгасан толь хос хооронд байрлуулж, түүнийг шахах нь эрчим хүчний эх үүсвэрийг багтана. олз дунд нь хатуу, шингэн, хий, цахилгаан болон оптик шахах цацрагтай дотооддоо Хэрэв дамжин гэрлийн долгионы далайц олшруулах чадвартай болдог байна. тэдэн рүү болгонд тусгалаа гэрэл, үүн дамжин өнгөрдөг бөгөөд чухал ач холбогдолтой өсчээ учир учраас тал хувь нь толин тусгал нэвтэрч бодис толь хос хооронд байрлуулсан байна.

дуплекс орчин

И баяртай E _2, үндсэн _1: идэвхтэй дунд нь атом нь зөвхөн хоёр эрчим хүчний түвшинг байна лазер үйл ажиллагааны зарчмыг авч _үзье. ямар ч ус шахах механизм (оптик, цахилгаан цэнэглэх одоогийн болон нэвтрүүлэх электрон бөмбөгдөлт) дамжуулан атом төрийн Е ₂ баяртай байгаа _бол хэд хэдэн nanoseconds тэд үндсэн байрлалд, эрчим хүчний фотон цацруулсан буцаах hν = E ₂ - E _1. Эйнштейний онол дагуу ялгаралтын хоёр өөр аргаар үйлдвэрлэсэн байна: эсвэл энэ нь энергитэй аас үүдэлтэй, эсвэл энэ нь өөрөө аяндаа үүсдэг. Эхний тохиолдолд, түлхэц ялгаралтын тохиолддог бөгөөд хоёр дахь нь - аяндаа. Үед дулааны тэнцвэр, түлхэц ялгарах магадлал хамгийн ердийн замбараагүй гэрлийн эх үүсвэр болон lasing дулааны тэнцвэрт бусад нөхцөлд боломжтой ^тул, өөрөө аяндаа ^{(1:10, 33)} хамаагүй бага байна.

Тэр ч байтугай маш хүчтэй шахах хүн амын түвшний систем нь зөвхөн адил тэгш болгогдох болно. Тиймээс хүн амын урвуу буюу бусад оптик ус шахах аргыг хүрэх нь гурван, дөрвөн түвшний тогтолцоог шаарддаг.

олон түвшний систем

гурван түвшний лазер зарчим гэж юу вэ? ₀₂ ν давтамжтай хүчтэй гэрлийн цацрагийн хамгийн бага эрчим хүчний түвшин Е _0, дээд нь Е _{2-атомууд} нь олон тооны хүртэл насос. _Е-1 атом Е ₂ Radiationless шилжилтийн Е _1, Е ₀ хооронд хүн амын _урвуу, атом нь metastable улсын _E-1-д удаан хугацаагаар байхад бодит байдал дээр зөвхөн боломжтой _{бөгөөд 2} хурдацтай явагддаг Е Е ₁ шилжилтийг бий болгосон. Ингэснээр Е ₀ болон E _{1 хооронд,} хүн амын Урвуу хүрсэн болон фотонуудыг эрчим хүчний E ₁ -E ₀ түлхэц ялгарлыг олшруулсан юм гурван түвшний лазер үйл ажиллагааны зарчим, эдгээр нөхцөл байдал юм. Өргөн хавтгай E ₂ түлхэц ялгарах өсөлтийн үр дүнд илүү үр ашигтай насос шингээх долгионы хүрээг нэмэгдүүлэх болно.

Гурван түвшний систем доод түвшинд оноос хойш маш өндөр шахах хүчийг шаарддаг үеийн оролцдог, энэ нь суурь юм. Энэ тохиолдолд хүн амын урвуу тулд төрийн Е ₁ гарсан атомуудын нийт талаас илүү шахаж байна. Энэ тохиолдолд, эрчим хүч туранхай байна. насосны цахилгаан бага lasing шатны суурь, наад зах нь дөрвөн түвшний систем шаардлагатай биш бол ихээхэн багасгаж болно.

идэвхтэй бодисын шинж чанараас шалтгаалан лазер гурван үндсэн ангилал, тухайлбал, хатуу, шингэн, хий болгон ангилдаг. 1958 оноос хойш анх удаа үеийн бадмаараг болор ажиглагдаж байхад, эрдэмтэд, судлаачид ангилал тус бүрийн материалын өргөн хүрээтэй судалж байна.

хатуу төрийн лазер

үйл ажиллагаа нь тусгаарлагч болор сүлжээ шилжилтийн металл нэмж үүсдэг идэвхтэй дунд ашиглахад үндэслэсэн байна (гэх мэт Ti ^+3, Кт ^+3, V ^+2, Co ^+2, Ni ^+2, Fe ^+2, болон. D.) , газрын ховор ионууд (Ce ^+3, Pr ^{+3,-р +3,} Pm ^+3, Sm ^+2, Европын холбооны ^{+ 2 + 3,} сүрьеэгийн ^+3, Ма ^+3, Хо ^+3, Эр ^+3, YB ⁺³ , нар.), ийм U ⁺³ гэж ^actinides. эрчим хүчний түвшин нь зөвхөн үеийн хариуцна ионы. Ийм дулаан дамжилтын болон зэрэг үндсэн материалын физик шинж чанар, дулааны тэлэлтийн лазер үр ашигтай үйл ажиллагаанд чухал ач холбогдолтой юм. нь doped ионы эргэн тойронд атомуудын байршлын сүлжээ нь эрчим хүчний түвшинг өөрчилдөг. идэвхтэй дунд долгионы үеийн өөр өөр урттай ижил ионы янз бүрийн материалыг допингийн хүрч байна.

Holmium лазер

нь хатуу төрийн лазер жишээ нь квантын генератор, үүгээр holmium атомын болор сүлжээ суурь материалыг орлох юм. Хо: YAG шилдэг lasing материалын нэг юм. holmium лазер үйл ажиллагааны зарчим гэж иттри хөнгөн цагаан анар holmium ион, оптикийн гэрэл чийдэн аас шахаж, хэт ягаан туяаны мужид 2097 нм-ийн долгионы уртад сайн эд шингээж байгаа үед ялгаруулдаг нь doped юм. хорт хавдрын эс, бөөр болон цөсний ууршуулан нь үе мөчний, шүдний эмчилгээ, дээр үйл ажиллагаа энэ лазер ашигла.

А хагас дамжуулагч квантын генератор

Квантын сайн лазер, масс үйлдвэрлэл боломж нь хямд бөгөөд хялбар өргөтгөх боломжтой байдаг. -ын үйл ажиллагаа явуулж байгаа зарчим нь хагас дамжуулагч лазер PN-диод уулзвар, тодорхой долгионы урттай гэрлийг LED гэрлээр шиг, эерэг хэвийсэн үед тээвэрлэгчийн рекомбинаци аас гаргадаг ашиглах дээр суурилсан. LED аяндаа лазер диод ялгаруулдаг - compulsively. нөхцөл байдал хүн амын урвуу биелүүлэхийн тулд, үйл ажиллагааны өнөөгийн босго давсан байх ёстой. нь хагас дамжуулагч диод идэвхтэй дунд хоёр хэмжээст давхаргын холболт газар нь харах юм.

лазер энэ төрлийн үйл ажиллагааны зарчим нь ямар ч гадаад толь шаардлагатай oscillations байлгах явдал юм. цацруулагч чадвар улмаас бий хугарлын илтгэгч нь үе, идэвхтэй дунд дотоод тусгал, энэ зорилгоор хангалттай байдаг. эцсийн гадаргуу зэрэгцээ тусгасан гадаргууг хангадаг диод нэгдэнэ.

heterojunction - хоёр өөр холбох тогтоосон ижил төрлийн хагас дамжуулагч материалаар үүссэн бодис нь homojunction гэж нэрлэдэг.

тээвэрлэгчдийн нь өндөр нягтрал бүхий P болон N төрлийн хагас дамжуулагч нь маш нимгэн (≈1 мм) шавхагдаж давхарга нь P-н уулзвар бий.

хийн лазер

үйл ажиллагаа болон лазер энэ төрлийн ашиглах зарчим боломжтой (хэт ягаан туяаны нь хэт ягаан нь) болон долгионы (мегаватт нь милливатаас нь) бараг ямар ч хүчин чадалтай төхөөрөмж бий болгох, импульсийн, тасралтгүй алин дээр нь үйл ажиллагаа явуулах боломжтой болж байна. идэвхтэй хэвлэл мэдээллийн шинж чанар дээр үндэслэн, хийн лазер, тухайлбал, атомын ионы болон молекулын гурван төрөл байдаг.

Ихэнх хийн лазер, цахилгаан ялгадастай хамт шахдаг. урсах хоолой электронууд электродын хооронд цахилгаан салбарт нэмэгдүүлсэн байна. Тэд атом, ион, эсвэл идэвхтэй дунд молекул нь мөргөлдөж, хүн амын урвуу болон түлхэц ялгарах байдал хүрэхийн тулд өндөр эрчим хүчний түвшинд шилжих өдөөдөг.

молекул лазер

лазер үйл ажиллагааны зарчим нь атомын болон ион лазер-д тусгаарлагдсан атом, ион ялгаатай молекулууд салангид энергийн түвшинд өргөн эрчим хүчний хамтлагууд байх, гэсэн бодит үнэн дээр тулгуурласан байдаг. хэдэн сэлгэн - Үүнээс гадна, тус бүр электрон эрчим хүчний түвшин том долгионд шатны дугаар, эргээд тэдгээр байна.

хол болон ойрын хэт ягаан туяаны бүсэд - электрон эрчим хүчний түвшин хоорондын эрчим хүчний хооронд долгионд-сэлгэн түвшин хооронд спектрийн хэт ягаан туяаны болон харагдах бүс нутагт байна. Тиймээс молекулын лазер хамгийн алс холын буюу ойрын хэт улаан туяаны бүс нутагт ажиллаж байна.

excimer лазер

Excimers ArF, KrF, XeCl зэрэг молекул, тогтвортой газар төрийн болон эхний түвшинд хувааж байгаа юм. Дараагийн лазер үйл ажиллагааны зарчим. Ер нь, молекулын газрын улсын тоо бага байгаа болохоор газрын төрөөс шууд шахах боломжгүй юм. молекулууд идэвхгүй хий нь өндөр эрчим хүчний галогент нэгдэл бүхий нэгдлийн анхны баяртай электрон мужид бий болсон юм. Хүн амын Урвуу үндсэн түвшинд молекулын тоо баяртай харьцуулахад хэтэрхий бага байдаг тул амархан хүрдэг. лазер үйл ажиллагааны зарчим, богино онд үндэслэл төрийн диссоциатив нь заавал сэтгэл догдлон хүлээж электрон төрөөс шилжсэн явдал юм. газрын улсын хүн ам энэ үед молекул атом руу нелееллеес ангижруулна, учир нь бага түвшинд үргэлж байдаг.

багаж болон лазер зарчим урсах хоолой галидийн нэгдэлт холимогт (F _2), ховор хий (Ар) дүүрэн байгаа нь бүрдэнэ. Хэрэв энэ нь электронууд нелееллеес ангижруулна болон галидийн нэгдэлт молекулууд ionize болон сөрөг ионуудыг бий. Эерэг ионууд Ар ⁺ болон сөрөг F ^- урвалд орж, уялдаа холбоо сайтай цацрагийн суурь төрийн зайлуулах болон үеийн дараа шилжилтийн холбоотой анхны сэтгэл хангалуун байдалд ArF молекулууд бий. Excimer лазер, үйл ажиллагааны зарчим, хэрэглээ нь бид одоо бодож байгаа, будаг нь идэвхтэй дунд шахах ашиглаж болох юм.

шингэн лазер

хатуу харьцуулахад шингэн илүү нэгэн төрлийн байдаг бөгөөд хий харьцуулахад, идэвхтэй атомын өндөр нягтралтай байдаг. Үүнээс гадна, тэд үйлдвэрлэж хялбар дулаан Садар самуунтай зөвшөөрөх хэцүү биш бөгөөд амархан орлуулж болно. лазер үйл ажиллагааны зарчим нь ийм DCM зэрэг органик будагч бодис нь олз дунд зэрэг ашиглаж байна (4-dicyanomethylene-2-метил-6-Р dimethylaminostyryl-4H-pyran), rhodamine, styryl, ХҮГ, coumarin, stilbene, гэх мэт. D ., зохих уусгагч дахь ууссан. өнгө молекулуудын шийдэл нь долгионы урт нь сайн шингээх коэффициент байна цацраг хамт сэтгэл догдлон хүлээж байна. лазер үйл ажиллагааны зарчим, богино онд илүү урт долгионы урт, гэрэл гэгээтэй гэж нэрлэдэг дээр бий болгох юм. Эрчим хүчний хооронд ялгаа шингээж болон ялгарсан фотонууд nonradiative эрчим хүчний шилжилт ашиглаж, системийг халаана.

долгионы тааруулах - өргөн хамтлаг гэрэл гэгээтэй шингэн лазер өвөрмөц онцлогтой. үйл ажиллагаа болон энэ төрлийн хувьсагчийг лазер, уялдаа холбоо сайтай гэрлийн эх үүсвэр болгон ашиглах зарчим, спектроскопоор, holography улам чухал ач холбогдолтой, биоанагаахын хэрэглээнд болж байна.

Саяхан лазер изотоп салгах нь улаавтар ашиглаж байна. Энэ тохиолдолд, лазер сонголттойгоор тэдний нэг нь химийн урвал эхлэх өдөөлт сэтгэл татна.