اصل عمل لیزر: ویژگی های اشعه لیزر

اولین اصل عمل لیزر، که در فیزیک از قانون تابش پلانک بر اساس، در تئوری، اینشتین در سال 1917 توجیه شد. او جذب توصیف، خود به خود و تابش الکترومغناطیسی با استفاده ضرایب احتمال (ضریب انیشتین) تحریک شده است.

پیشگامان

تئودور Meyman اولین برای نشان دادن اصل عمل بود از یک لیزر یاقوت، بر اساس پمپاژ نوری با استفاده از یک لامپ فلش یاقوت مصنوعی، تولید اشعه منسجم با طول موج 694 نانومتر است.

در سال 1960، دانشمندان ایرانی جوان و بنت لیزر گاز برای اولین بار با استفاده از مخلوط گازهای او و Ne را در یک نسبت 01:10 ایجاد شده است.

در سال 1962، رضا N. سالن باعث می شود برای اولین بار لیزر دیود ساخته شده از گالیم آرسنید (GaAs به)، رهبری در طول موج 850 نانومتر است. بعدا در همان سال، نیک Golonyak توسعه اولین ژنراتور کوانتومی نیمهرسانا از نور مرئی است.

دستگاه و اصل لیزر

هر یک از سیستم های لیزری شامل یک محیط فعال نوری بین یک جفت آینه موازی و بسیار منعکس کننده، که یکی از آنها شفاف است قرار می گیرد، و یک منبع قدرت برای پمپاژ آن است. به عنوان کاواک می تواند به عنوان یک جامد، مایع یا گاز، که از این توانایی برای تقویت دامنه موج نور عبوری از آن را در داخل با اشعه پمپاژ الکتریکی یا نوری عمل می کنند. این ماده بین یک جفت آینه قرار داده به طوری که نور منعکس شده در آنها در هر زمان از آن می گذرد و پس از افزایش قابل توجهی رسیده، نفوذ آینه نیم.

محیط زیست دوبلکس

اصل عمل لیزر در نظر بگیرید با محیط فعال که اتم تنها دو سطح انرژی: E E هیجان زده ₂ و پایه _1. اگر اتم از طریق هر ساز و پمپاژ (نوری، الکتریکی جریان تخلیه و یا عبور بمباران الکترونی) به E دولت ₂ هیجان زده _هستند، در چند نانو ثانیه آنها را به موقعیت اولیه بازگشت، تابش فوتون انرژی hν = E ₂ - E _1. با توجه به نظریه ی اینشتین، انتشار به دو روش مختلف تولید: یا آن است که توسط یک فوتون ناشی از، یا آن را خود به خود رخ می دهد. در مورد اول، انتشار تحریک شده رخ می دهد و دوم - خود به خود. در تعادل گرمایی، احتمال انتشار تحریک شده تولید بسیار پایین تر از خود به خود (1:10 ^33)، به طوری که بسیاری از معمولی نامنسجم منابع نور و لیزر در شرایط دیگر از تعادل حرارتی امکان پذیر است.

حتی با یک سیستم پمپاژ در سطح جامعه بسیار قوی تنها می تواند برابر ساخته شده است. بنابراین، برای رسیدن به وارونی جمعیت و یا دیگر روش پمپاژ نوری نیاز به یک سیستم چهار سطح سه یا.

سیستم چند سطح

اصل لیزر سه سطح چیست؟ تابش از نور شدید فرکانس ν ₀₂ پمپ کردن تعداد زیادی از اتم از پایین ترین سطح انرژی E ₀ و E ₂ از بالا. انتقال Radiationless با اتم E ₂ به E ₁ ایجاد یک وارونی جمعیت بین E ₁ و E _0، که در عمل تنها زمانی ممکن است که اتم یک مدت طولانی در یک حالت E شبه پایدار _{1 هستند،} و انتقال از _{E: از 1} به E ₂ به سرعت رخ می دهد. اصول عملکرد یک لیزر سه سطح در این شرایط است، به طوری که بین E ₀ و E _1، وارونگی جمعیت است به دست آورد و تقویت انرژی فوتون E ₁ -E ₀ انتشار تحریک شده. گسترده تر سطح E ₂ می تواند در محدوده طول موج جذب به موثر تر پمپ افزایش می دهد، در نتیجه رشد انتشار تحریک شده.

سه سطح سیستم نیاز به یک قدرت پمپاژ بسیار بالا از سطح پایین تر، در نسل درگیر، آن پایگاه است. در این مورد، به منظور وارونی جمعیت به E دولت ₁ رخ داده است به بیش از نیمی از تعداد کل اتم های پمپ شود. در این مورد، انرژی هدر رفته است. قدرت پمپ ها می توان تا حد زیادی کاهش می یابد در صورتی که سطح لیزری پایین تر است پایه، که نیاز به حداقل یک سیستم چهار سطح است.

بسته به ماهیت ماده فعال، از لیزر به سه دسته اساسی، یعنی جامد، مایع و گاز است. از سال 1958، زمانی که اولین نسل در یک کریستال یاقوت مشاهده شد، دانشمندان و محققان طیف گسترده ای از مواد در هر رده را مطالعه کرده اند.

لیزر حالت جامد

این عملیات در استفاده از یک محیط فعال که با اضافه کردن یک فلز عایق کریستال انتقال شبکه تشکیل بر اساس (تیتانیم ^3، کروم ^3، V ^2، شرکت ^2، نیکل ^2، آهن ^2، و غیره D..) ، یونهای خاکی کمیاب (CE ^3، روابط عمومی ^3، لیزر Nd ^3، PM ^3، SM ^{2 و} Eu ^{+ 2، + 3،} سل ^3، DY ^3، هو ^3، استروژن ^{3 و} Yb ³ ، و همکاران.)، و اکتینیدها مانند U ^3. سطوح انرژی یون فقط مسئول نسل. خواص فیزیکی مواد پایه، مانند هدایت حرارتی و انبساط حرارتی برای بهره برداری موثر از لیزر مهم است. شبکه محل سکونت اتم در اطراف یک یون دوپ سطح انرژی خود را تغییر می دهد. طول های مختلف از نسل موج در محیط فعال تغلیظ مواد مختلف در یون همان به دست آورد.

هولمیم لیزر

نمونه ای از یک لیزر حالت جامد یک ژنراتور کوانتومی، در جایی که اتم هولمیم جایگزین مواد پایه شبکه کریستالی است. هو: YAG یکی از بهترین مواد لیزری است. اصول عملکرد لیزر هلمیم که گارنت ایتریم آلومینیوم دوپ شده با یون هولمیم، نوری توسط فلاش پمپ و منتشر می کند در طول موج 2097 نانومتر در محدوده مادون قرمز است که به خوبی توسط بافت جذب می شود. استفاده از این لیزر برای عملیات بر روی مفاصل، درمان دندان، به تبخیر سلول های سرطانی، کلیه و سنگ کیسه صفرا.

ژنراتور کوانتومی نیمهرسانا

لیزر چاه کوانتومی ارزان، اجازه می دهد تولید انبوه هستند و به راحتی. اصول عملکرد لیزر نیمه هادی بر اساس استفاده از پیوند pn-دیود، که به تولید نور از یک طول موج خاص توسط نوترکیبی از حامل در تعصب مثبت، مانند LED ها. چراغ منتشر می کنند خود به خود و دیودهای لیزری - مجبور. برای تحقق وارونی جمعیت شرایط، فعلی عامل باید یک آستانه تجاوز. رسانه فعال در یک دیود نیمه هادی دارای یک دیدگاه از منطقه اتصال از لایه های دو بعدی است.

اصل بهره برداری از این نوع از لیزر است که برای حفظ نوسانات آینه خارجی مورد نیاز است. توانایی بازتابنده، ایجاد توجه به ضریب شکست لایه ها و بازتاب داخلی از رسانه های فعال، برای این منظور کافی است. سطوح پایان شکافتن دیود فراهم می کند که سطح بازتابنده موازی.

این ترکیب تشکیل شده توسط مواد نیمه هادی از همان نوع است homojunction نامیده می شود، به عنوان با اتصال دو مختلف تاسیس - ناهمگون.

نیمه هادی ها از نوع p و n با چگالی بالا از حامل یک P-N-محل اتصال با (≈1 میلی متر) لایه بسیار نازک تهی تشکیل می دهد.

لیزر گازی

اصل بهره برداری و استفاده از این نوع لیزر را ممکن می سازد به ایجاد دستگاه های تقریبا هر ظرفیت (از میلی وات به مگاوات) و طول موج (از اشعه ماوراء بنفش به مادون قرمز) و می تواند در حالت های پالسی و پیوسته عمل. بر اساس ماهیت رسانه های فعال، سه نوع لیزرهای گاز، یعنی اتمی، یونی و مولکولی وجود دارد.

ترین لیزرهای گاز پمپاژ توسط تخلیه الکتریکی. الکترونها در لوله تخلیه می شوند توسط میدان الکتریکی بین دو الکترود شتاب. آنها با اتم ها، یون یا مولکول از یک محیط فعال برخورد می کنند و القاء انتقال به سطوح انرژی بالاتر به رسیدن به یک حالت وارونگی جمعیت و گسیل القایی.

لیزر مولکولی

اصل عمل لیزر بر روی این واقعیت است که، بر خلاف اتم جدا شده و یون ها در لیزر اتمی و یونی مولکول دارای نوارهای انرژی گسترده ای از سطوح انرژی گسسته است. علاوه بر این، هر سطح انرژی الکترون دارای تعداد زیادی از سطوح ارتعاشی، و کسانی که به نوبه خود - چند چرخشی.

انرژی بین سطوح انرژی الکترون در مناطق UV و مرئی طیف است، در حالی که بین سطوح ارتعاشی چرخشی - در مناطق دور و نزدیک مادون قرمز است. بنابراین، بسیاری از لیزر مولکولی کار در یک منطقه دور و یا نزدیک به مادون قرمز.

لیزر رادیواکتیو

Excimers چنین مولکول به عنوان ARF، KRF، XeCl، که تقسیم حالت پایه پایدار و سطح اول است. اصل بهره برداری از لیزر است. به طور معمول، تعداد در حالت پایه مولکول های کوچک است، بنابراین پمپاژ مستقیم از حالت پایه امکان پذیر نیست. مولکولها در اولین دولت الکترونیکی هیجان زده شده توسط یک ترکیب داشتن یک هالیدهای انرژی بالا با گازهای بی اثر تشکیل شده است. وارونی جمعیت است که به راحتی به دست آورد از آنجا که تعداد مولکول ها در یک سطح پایه خیلی کم است، در مقایسه با هیجان زده است. اصل عمل لیزر، در کوتاه مدت، به انتقال از یک دولت الکترونیکی هیجان زده محدود به یک تجزیهای حالت پایه. جمعیت حالت پایه است که همیشه در سطح پایین، چون در این نقطه مولکول جدا به اتم.

اصل دستگاه و لیزر شامل در آن لوله تخلیه شده است با مخلوطی از هالید (F ₂₎ و گاز نادر (AR) پر شده است. الکترون ها در آن گروه جدا و یونیزه مولکول هالید و ایجاد یونهای منفی است. یون های مثبت به Ar ⁺ F و منفی ^- واکنش نشان می دهند و تولید مولکول ARF در اولین حالت برانگیخته با انتقال پس از آن به دفع حالت پایه و تولید اشعه منسجم. لیزر رادیواکتیو، اصل عمل و استفاده از آن ما در حال حاضر با توجه به، می تواند برای پمپاژ از رسانه های فعال از رنگ استفاده می شود.

لیزر مایع

در مقایسه با جامدات، مایعات همگن تر هستند و دارای چگالی بالاتر از اتم های فعال، در مقایسه با گازها. علاوه بر این، آنها دشوار است به تولید، اجازه می دهد اتلاف حرارت آسان است و می تواند به راحتی جایگزین. اصل عمل از لیزر به عنوان یک رسانه به دست آوردن رنگ های آلی مانند DCM استفاده می شود (4 dicyanomethylene-2-متیل-6-پی dimethylaminostyryl-4H-pyran)، رودامین، styryl، LDS، کومارین، stilbene، و مانند آن. D .، محلول در یک حلال مناسب است. یک راه حل از مولکولهای رنگ توسط تابش که طول موج دارای ضریب جذب خوب هیجان زده است. اصل عمل لیزر، در کوتاه مدت، این است که تولید را در طول موج دیگر، به نام فلورسانس. تفاوت بین انرژی جذب شده و فوتون انتقال انرژی nonradiative استفاده می شود و گرم سیستم.

فلورسانس باند گسترده تر لیزر مایع دارای یک ویژگی منحصر به فرد - تنظیم طول موج. اصل بهره برداری و استفاده از این نوع به عنوان یک لیزر قابل تنظیم و منبع نور منسجم است، تبدیل شدن به طور فزاینده ای در طیف سنجی، هولوگرافی مهم است، و در کاربردهای زیست پزشکی.

به تازگی، لیزر به رنگ برای جدا سازی ایزوتوپ استفاده شده است. در این مورد، لیزر انتخابی تحریک یکی از آنها، باعث شروع یک واکنش شیمیایی است.