Ang baruganan sa laser aksyon: bahin sa laser radiation

Ang unang baruganan sa aksyon sa laser, nga base sa pisika sa radiation sa balaod ni Planck, sa teoriya, Einstein sa 1917 nga gipakamatarung. Iyang gihulagway sa pagsuyup, diha-diha ug nakapukaw sa electromagnetic radiation sa paggamit sa kalagmitan coefficients (Einstein coefficients).

batid nga mga tigmugna

Teodor Meyman mao ang una nga pagpakita sa baruganan sa aksyon sa usa ka rubi laser, base sa Optical pumping sa paggamit sa usa ka flash suga artipisyal nga rubi, makamugna sa kataronganon radiation uban sa usa ka wavelength sa 694 nm.

Sa 1960, Iranian siyentipiko Javan ug Bennett naglalang sa unang laser gas sa paggamit sa panagsagol sa Siya ug Ne gas sa usa ka ratio sa 1:10.

Sa 1962, R. N. Hall naghimo sa usa ka una nga diode laser hinimo sa gallium arsenide (Gaas), emitting sa usa ka wavelength sa 850 nm. Sa ulahi sama nga tuig nga, Nick Golonyak naugmad ang unang semiconductor quantum generator sa makita nga kahayag.

Ang device ug sa baruganan sa mga laser

Ang matag laser sistema naglakip sa usa ka aktibo nga medium optically gibutang sa taliwala sa usa ka parisan sa susama sa ug sa kaayo pagpamalandong salamin, usa sa nga mao ang sihag, ug sa usa ka gahum nga tinubdan sa Pumping niini. Ingon nga ang ganancia medium mahimong molihok ingon nga usa ka lig-on nga, liquid o gas, nga ang mga abilidad sa padakoon sa amplitude sa kahayag nga halad miagi niini internally uban sa electrical o Optical pumping radiation. bahandi ang gibutang sa taliwala sa usa ka parisan sa mga salamin sa ingon nga ang kahayag nga midan kanila sa matag higayon nga moagi niini ug, sa nakaabot sa usa ka mahinungdanon nga pagtaas, motuhop sa katunga salamin.

duplex nga palibot

Tagda ang baruganan sa laser aksyon uban sa usa ka aktibo nga medium kansang mga atomo adunay duha lamang ka mga ang-ang sa enerhiya: E naghinam-hinam E ₂ ug base _1. Kon ang mga atomo pinaagi sa bisan unsa nga pumping mekanismo (Optical, electric pagtuman kasamtangan o transmittance electron gibombahan) naghinam-hinam sa usa ka kahimtang E _2, sa pipila ka nanoseconds sila mobalik ngadto sa mga nag-unang mga posisyon, nagdan-ag sa enerhiya photon hν = E ₂ - E _1. Sumala sa Einstein ni teoriya, ang emission ang gihimo sa duha ka lain-laing mga paagi: sa bisan kini malukmay pinaagi sa usa ka photon, o kini mahitabo diha-diha dayon. Sa unang mga kaso, nakapukaw emission mahitabo ug ang ikaduha - sa diha-diha. Sa kainit panimbang, ang kalagmitan sa maawhag emission mao ang daghan nga ubos pa kay sa diha-diha nga (1:10 ^33), mao nga ang kadaghanan sa conventional konektadong mga kahayag tinubdan, ug sa lasing posible diha sa mga kahimtang sa ubang mga kay sa kainit panimbang.

Bisan sa usa ka lig-on kaayo pumping populasyon-level sistema sa mahimo lamang nga managsama. Busa, aron sa pagkab-ot sa populasyon inversion o sa uban nga optical pumping pamaagi nagkinahanglan sa usa ka tulo o upat ka-level nga sistema.

multi-level nga sistema

Unsa ang baruganan sa mga tulo ka-level nga laser? Ang irradiation sa grabe nga kahayag sa frequency ν ₀₂ bomba sa usa ka dako nga gidaghanon sa mga atomo gikan sa labing ubos nga ang-ang sa enerhiya E ₀ ug E ₂ sa ibabaw. Radiationless nga transisyon sa mga atomo E ₂ ngadto sa E ₁ establisar sa usa ka populasyon inversion tali sa E ₁ ug E _0, nga diha sa buhat mao ang posible nga lamang sa diha nga ang mga atomo mao ang usa ka hataas nga panahon sa usa ka metastable estado E _1, ug ang transisyon gikan sa S ₁ ngadto sa E ₂ mahitabo paspas. Ang operating baruganan sa usa ka tulo-ka-level nga laser anaa sa niini nga mga kondisyon, aron nga sa taliwala sa E ₀ ug E _1, ang populasyon inversion makab-ot ug Amplified photon enerhiya E ₁ -C V ₀ nakapukaw emission. Mas lapad nga lebel E ₂ nga sa pagdugang sa pagsuyup wavelength range sa mas maayo nga pump, nga miresulta sa sa pagtubo sa mga nakapukaw emission.

Tulo ka-level sistema nagkinahanglan sa usa ka hataas uyamut nga pumping gahum sukad sa ubos nga ang-ang, ang mga nalambigit sa kaliwatan, kini mao ang usa ka base. Sa kini nga kaso, aron sa populasyon inversion nahitabo sa estado E ₁ nga pumped labaw pa kay sa katunga sa kinatibuk-ang gidaghanon sa mga atomo. Sa kini nga kaso, ang enerhiya mausik. Ang pump gahum mahimong sa hilabihan gayud pagkunhod kon sa ubos-ubos lasing nga lebel dili mao ang tungtunganan, nga nagkinahanglan sa labing menos usa ka upat ka-level nga sistema.

Depende sa kinaiya sa mga aktibo nga bahandi, ang mga laser giklasipikar ngadto sa tulo ka nag-unang mga kategoriya, nga mao lig-on, liquid ug gas. Sukad sa 1958, sa diha nga ang una nga kaliwatan-obserbahan sa usa ka rubi kristal, ang mga siyentipiko ug mga tigdukiduki nagtuon sa usa ka halapad nga-laing mga mga materyales sa matag kategoriya.

lig-on nga-estado laser

operasyon ang base sa sa paggamit sa usa ka aktibo nga medium nga nag-umol pinaagi sa pagdugang sa usa ka insulating kristal kinuroskuros transition metal (Ti ^+3, Cr ^+3, V ^+2, Co ^+2, Ni ^+2, Fe ^+2, ug sa ingon sa. D.) , talagsaon nga yuta ion (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.), ug ang mga actinides sama sa U ^+3. Ang lebel sa kusog sa mga ion responsable lamang alang sa kaliwatan. Pisikal nga mga kabtangan sa mga base nga materyal, sama sa kainit conductivity ug sa kainit pagpalapad importante sa hapsay nga operasyon sa laser. Location kinuroskuros sa mga atomo sa palibot sa usa ka sabog ion-usab sa iyang mga lebel sa enerhiya. Iba-iba nga gitas-on sa balod nga kaliwatan sa aktibo nga medium nga makab-ot pinaagi sa paggamit ug droga sa nagkalain-laing mga materyales sa samang ion.

Holmium laser

Usa ka panig-ingnan sa usa ka laser lig-on nga-estado mao ang usa ka quantum generator, diin holmium atomo mopuli sa tungtunganan nga materyal sa kristal kinuroskuros. Ho: YAG mao ang usa sa labing maayo nga lasing mga materyales. Ang operating baruganan sa holmium laser mao nga ang yttrium aluminum Garnet sabog sa holmium ion, optically pumped sa flash suga ug mopatugbaw sa usa ka wavelength sa 2097 nm sa infrared laing maayo ang masuhop sa mga tisyu. Gamita kini nga laser alang sa operasyon sa mga lutahan, dental pagtambal, aron sa vaporize mga selula sa kanser, kidney ug gallstones.

Usa ka semiconductor quantum generator

Quantum man laser mga dili mahal, motugot sa masa sa produksyon ug dali scalable. Ang operate baruganan sa mga semiconductor laser base sa sa paggamit sa PN-diode junction, nga og kahayag sa usa ka wavelength sa recombination sa carrier sa usa ka positibo nga pagpihig, sama sa LEDs. LED emit diha-diha ug sa laser diodes - lisod pugngan. Aron sa pagtuman sa kahimtang sa populasyon inversion, ang operating kasamtangan kinahanglan nga molabaw sa usa ka pultahan. Ang aktibo nga medium sa usa ka semiconductor diode adunay usa ka panglantaw sa sa koneksyon dapit sa duha ka-gidak-on sapaw, mga haklap.

Ang baruganan sa operasyon sa niini nga matang sa laser mao nga sa pagpadayon sa oscillations walay eksternal nga samin ang gikinahanglan. Ang reflective abilidad, gilalang tungod sa refractive index sapaw, mga haklap ug internal nga pagpamalandong sa aktibo nga medium, igo na alang niini nga katuyoan. Ang katapusan ibabaw, mga patag mounong diodes nga naghatag og susama pagpamalandong ibabaw, mga patag.

Ang compound nag-umol sa mga semiconductor nga materyal sa sa mao gihapon nga matang mao ang gitawag nga usa ka homojunction, ingon sa malig-on pinaagi sa pagkonektar sa duha ka lain-laing mga - heterojunction.

Conductor sa p ug n matang uban sa usa ka taas nga Densidad sa mga tagdala sa usa ka p-n-junction uban ang usa ka manipis nga (≈1 mm) gihurot layer.

gas laser

Ang baruganan sa operasyon ug sa paggamit sa niini nga matang sa laser kini nga posible nga sa paghimo lalang sa halos sa bisan unsa nga kapasidad (gikan sa milliwatts ngadto sa megawatts) ug wavelength (gikan sa ultraviolet sa infrared) ug molihok diha pulsed ug padayon paagi. Base sa kinaiya sa mga aktibo nga media, adunay tulo ka mga matang sa gas mga laser, nga mao atomika, ionic ug molecular.

Kadaghanan sa gas laser pumped sa electric pagtuman. Ang mga electron sa pagtuman tube nga paspas sa electric uma sa taliwala sa mga electrodes. Sila mabangga sa mga atomo, ion o molekula sa usa ka aktibo nga medium ug gipilit transisyon ngadto sa mas taas nga lebel sa enerhiya nga makab-ot sa usa ka kahimtang sa populasyon inversion ug maawhag emission.

molekula laser

Ang baruganan sa laser aksyon gibase sa kamatuoran nga, dili sama sa hilit nga mga atomo ug mga ion sa atomic ug Ion laser mga molekula sa pagpanag-iya halapad nga enerhiya sa mga bugkos sa magkalahi nga lebel sa enerhiya. Dugang pa, ang matag ang-ang electron enerhiya adunay usa ka dako nga gidaghanon sa mga vibrational nga lebel, ug ang mga sa baylo - usa ka pipila ka rotational.

Ang enerhiya sa taliwala sa mga ang-ang electron enerhiya anaa sa UV ug sa makita nga mga rehiyon sa kolor, samtang sa taliwala sa mga vibrational-rotational nga lebel - sa halayo ug sa haduol infrared rehiyon. Mao kini ang, kadaghanan sa mga molekula laser nga nagtrabaho sa usa ka layo nga o duol-infrared rehiyon.

excimer laser

Excimers ang maong mga molekula sama sa ArF, KrF, XeCl, nga gibahin stable nga yuta sa estado ug ang unang ang-ang. Ang baruganan sa operasyon sa laser sunod. Kasagaran, ang gidaghanon sa yuta nga kahimtang sa mga molekula mao ang gamay nga, mao nga ang direkta nga pumping gikan sa yuta sa estado dili mahimo. Ang mga molekula umol sa unang excited electronic nga kahimtang sa usa ka compound nga may usa ka hataas nga enerhiya halides uban sa inert gas. Ang populasyon sa inversion makab-ot dali sukad sa gidaghanon sa mga molekula sa usa ka nag-unang mga ang-ang mao ang kaayo sa ubos, kon itandi sa excited. Ang baruganan sa laser aksyon, sa mubo, mao nga transisyon gikan sa usa ka gigapos hinam electronic nga kahimtang ngadto sa usa ka yuta nga estado dissociative. Ang populasyon sa yuta estado mao ang kanunay sa usa ka ubos nga ang-ang, tungod kay sa niini nga punto sa molekula dissociate ngadto sa mga atomo.

Ang kasangkapan ug mga laser baruganan naglangkob sa nga sa pagtuman tube napuno sa usa ka sinagol nga halide (F ₂₎ ug talagsaong gas (Ar). Ang mga electron diha niini pagpapahawa sa ug ionize sa halide molekula ug paghimo sa negatibo nga mga ion. Positibo nga mga ion Ar ⁺ ug negatibo F ^- reaksiyon ug og ArF molekula sa unang naghinam-hinam nga kahimtang nga nakig-uban sa mga sunod-sunod nga transisyon ngadto sa makapadani nga base sa estado ug sa kaliwatan sa kataronganon radiation. Excimer laser, sa baruganan sa aksyon ug sa paggamit sa nga karon kita naghunahuna sa, mahimong gamiton alang sa pumping sa aktibo nga medium sa tina.

liquid laser

Kon itandi sa mga solido, likido mas pare-pareho ug sa usa ka mas taas nga Densidad sa aktibo nga atomo, kon itandi sa gas. Dugang pa niini, dili sila lisud nga sa pagmugna, tugoti sayon kainit pagpatuyang ug mahimong dali pulihan. Ang baruganan sa aksyon sa laser gigamit ingon nga usa ka ganansiya medium sa organic tina, sama sa DCM (4-dicyanomethylene-2-methyl-6-p- dimethylaminostyryl-4H-pyran), rhodamine, styryl, LDS, coumarin, stilbene, ug sa mga sama. D ., dissolved sa usa ka tukma nga mga obligasyon. Usa ka solusyon sa mga tina molekula mao ang naghinam-hinam sa radiation kansang wavelength adunay usa ka maayo nga pagsuyup coefficient. Ang baruganan sa laser aksyon, sa mubo, mao ang sa pagmugna sa usa ka taas nga wavelength, nga gitawag flourescense. Ang kalainan tali sa enerhiya nga masuhop ug mibuga photon gigamit nonradiative kabalhinan sa enerhiya ug heats sistema sa.

Mas halapad nga panon sa mga sundalo flourescense liquid laser adunay usa ka talagsaon nga bahin - wavelength tonohon. Ang baruganan sa operasyon ug sa paggamit sa niini nga matang nga sama sa usa ka tunable laser ug ang kataronganon kahayag tinubdan, mao nga mahimong mas importante sa spectroscopy, holography, ug sa Biomedical aplikasyon.

Bag-ohay lang, laser na gigamit sa pagtina sa alang sa isotope panagbulag. Sa kini nga kaso, ang laser selectively excite sa usa kanila, aghat magsugod sa usa ka kemikal nga reaksyon.