De Prinzip vun Laser Aktioun: Fonctiounen vun Laser Stralung

Den éischte Prinzip vun der Aktioun vun der Laser, deen op der Physik vun Planck d'Stralung Gesetz, an Theorie, Einstein an 1917 baséiert ass war gerechtfäerdegt. Hie beschriwwen der Un-, spontan a stimuléiert elektromagnéitesch Stralung benotzt Wahrscheinlechkeet Ech (Einstein Ech).

trailblazers

Teodor Meyman huet sech d'éischt de Prinzip vun der Aktioun ze weisen vun enger Rubin Laser, baséiert op der opteschen Pompelstatiounen engem Flash Sonneluucht syntheteschen Rubin benotzt, generéiert der kohärent Stralung mat enger Wellelängt vun 694 nm.

An 1960, hunn iraneschen Wëssenschaftler Javan an Bennett den éischte Gas lasers Dampgemësch vun Hien an Ne Gasen an engem Verhältnis vun 1:10 benotzt.

An 1962, mécht R. N. Hall eng éischte Prêt Laser vun Gallium arsenide (GaAs) gemaach, bei enger Wellelängt vun 850 nm Emissiounen. Spéider dat selwecht Joer, entwéckelt Nick Golonyak déi éischt semiconductor Quantephysik Generator vun siichtbar Liichtjoer.

Den Apparat an de Prinzip vun lasers

All Laser System ëmfaasst eng aktiv mëttel- optically tëscht engem hien huet misse vum parallel an héich bidden Spigelen gesat, ee vun deenen translucent ass, an engem Muecht Quell et fir Pompelstatiounen. Wéi de Mosconi mëttelfristeg kann als staark, flësseg oder Gas Akt, deen d'Fähegkeet hunn d'Amplituden vun der Luucht Deel duerch et laanschtgoungen mat elektresch oder optesch Pompelstatiounen Stralung intern ze Meenungsfreiheet nennt. Der Substanz ass tëscht engem Pair vu Spigelen gesat sou datt d'Liicht op se all Zäit spigelt Eiffeltuerm et an, e wesentleche Erhéijung erreecht hunn, penetrates der Halschent Spigel.

Duplex Ëmwelt

Betruecht de Prinzip vun Laser Aktioun mat en aktiven mëttelfristeg hir Atomer hunn nëmmen zwee Niveauen Energie: E opgereegt E ₂ an huel _1. Wann den Atomer via all Pompelstatiounen Mechanismus (optesch, elektresch Offlossquantitéit aktuell oder transmittance Elektronen bombardéiert) sinn opgereegt zu engem Staat E _2, an e puer nanoseconds Retour se zu der Basis Positioun, Energie photons Stralungsleeschtung hν = E ₂ - E _1. No Einstein senger Theorie, ass d'Emissioun op zwou verschidde Manéieren produzéiert: entweder et ass duerch eng photon entschlof, oder et existeiert spontan. Am éischte Fall, stimuléiert Emissioun existeiert an der zweeter - spontan. Um thermesch Gläichgewiicht, ass d'Wahrscheinlechkeet vun stimuléiert Emissioun vill manner wéi d'spontan (1:10 ^33), sou datt déi konventionell koherent Liichtjoer Quellen, an lasing am Konditiounen aner wéi thermesch Gläichgewiicht méiglech ass.

Och mat engem ganz staarke Pompelstatiounen Bevëlkerung-Niveau Systemer kann nëmmen gläich gemaach ginn. Dofir, d'Populatioun Stuerz oder aner optesch Pompelstatiounen Method ze erreechen verlaangt eng three- oder véier-Niveau System.

Multi-Niveau System

Wat ass de Prinzip vun der dräi-Niveau Laser? D'irradiation vun intensiv Liichtjoer vun Frequenz ν ₀₂ Pompelen enger grousser Zuel vun Atomer vum niddregsten Energie Niveau E ₀ a E ₂ vun den ieweschte weider. Radiationless Transitioun mat der E Atomer ₂ E ₁ féiert eng Bevëlkerung Stuerz tëscht E ₁ a E _0, wat an der Praxis ass nëmme méiglech, wann de Atomer eng laang Zäit an enger metastable Staat E _1, an den Iwwergank vum E ₁ bis E ₂ existeiert séier sinn. De Betribssystemer Prinzip vun engem Laser dräi-Niveau ass an dëse Konditiounen, fir datt tëscht E ₀ a E _1, ass d 'Bevëlkerung Stuerz erreecht an ass E photon Energie ₁ -E ₀ stimuléiert Emissioun Kick. Breeden Niveau E ₂ konnt den Un- Wellelängt Rei Erhéijung fir méi effizient Pompel, an de Wuesstem vun der stimuléiert Emissioun doraus.

Dräi-Niveau System verlaangt eng Ganz héich Pompelstatiounen Muecht zanter dem ënneschten Niveau, sinn an der Generatioun Équipe, et ass eng Basis. An dësem Fall ass fir Bevëlkerung Stuerz un de Staat E ₁ bis méi wéi d'Halschent vun dem Total vun Atomer Klappen ginn. An dësem Fall ass d'Energie hätten. Der Pompel Muecht daitlech reduzéiert gin kann wann der manner lasing Niveau net d'Basis ass, déi op d'mannst brauch ee véier-Niveau System.

Jee no der Natur vun der aktiver Substanz, sinn der lasers Annonce an dräi fundamental Kategorien, nämlech staark, flësseg a Gas. Zanter 1958, wéi déi éischt Generatioun zu enger Rubin Kristallsglas produzéiert observéiert gouf, Wëssenschaftler a Fuerscher hunn eng breet Palette vu Material an all Kategorie studéiert.

staark-Staat Laser

Der Operatioun ass op de Gebrauch vun en aktiven mëttel- baséiert déi duerch iwwerdribblen isoléiert Kristallsglas produzéiert strooss Transitioun Metal gemaach ass (Ti ^+3, Objet ^+3, V ^+2, Co ^+2, Ni ^+2, géréiert ^+2, an sou op. D.) , seelen Äerd Protonen ^{(+3 Ce,} Pr ^+3, rg ^+3, Auer ^+3, SM ^{+2 EU + 2, + 3,} wuel ^+3, gekierzt ^+3, Ho ^+3, Ähh ^+3, Yb ⁺³ , et al.), an der actinides wéi U ^+3. Der Energie Niveau vun de Protonen responsabel nëmmen fir d'Generatioun. Kierperlech Eegeschafte vun der Basis Material, wéi thermesch Leit an thermesch Expansioun sinn wichteg fir d'efficace Operatioun vun der Laser. Standuert strooss vun Atomer ëm eng eng Zort Ion Ännerungen seng Energie Niveauen. Verschiddene Virsaz vun Schwéngung Generatioun am aktiv mëttelfristeg sinn duerch Doping verschidde Materialien am selwechten Ion erreecht.

Holmium Laser

E Beispill vun engem staark-Staat Laser ass eng Quantephysik Generator, Hellef Holmium Atom der Basis Material vun der Kristallsglas produzéiert strooss ersetzt. Ho: YAG ass eent vun de beschte lasing Materialien. De Betribssystemer Prinzip vun der Holmium Laser ass dass Yttrium Al Garnet mat Holmium Protonen eng Zort, optically vun Flash Sonneluucht Klappen a schéckt op enger Wellelängt vun 2097 nm am Infrarout Gamme ass gutt vun Stoffer absorbéiert. Benotzen dëse Laser fir Operatiounen iwwert d'Gelenker, Zänn Behandlung, Kriibs Zellen, Niere an gallstones zu vaporize.

A semiconductor Quantephysik Generator

Quantephysik gutt lasers sinn gënschtegsten, Mass Produktioun erlaben a sinn einfach scalable. De Betribssystemer Prinzip vun der semiconductor Laser op de Gebrauch vun pn-Prêt Échangeur baséieren, déi vun der recombination vum Numm bei engem positive Schold vu senge Politiker, wéi Leescht Liicht vun engem gewësse Wellelängt produzéiert. LED produzéiert gëtt spontan a Laser diodes - compulsively. Zu der Conditioun Populatioun Stuerz erfëllen, soll de Betribssystemer aktuell engem loung däerfte. Déi aktiv mëttel- an engem semiconductor Prêt huet eng Vue vun der Verbindung Beräich vun zwee-zweedimensional Schichten.

De Prinzip vun der Exploitatioun vun dëser Zort vu Laser ass dass Schwéngunge keen externen Spigel néideg ass ze erhalen. Déi Onmass Fähegkeet, wéinst geschaf fir de Mais Index Schichten an intern Reflexioun vun der aktiver mëttelfristeg, ass fir dësen Zweck genuch. Enn Fläch cleave diodes dass parallel bidden Fläch gëtt.

De Massa vun der semiconductor Material vun der selwechter Zort gemaach ass eng homojunction genannt als etabléiert, vun ëmklammen zwou verschiddene - heterojunction.

Semiconductors vun p an n Typ mat enger héijer Dicht vun wwerreeche Form engem p-n-menaarbecht mat engem ganz dënn (≈1 mm) do ass futti.

Gas Laser

De Prinzip vun der Operatioun a Gebrauch vun dësem Typ vu Laser mécht et méiglech Apparater vun quasi all Muecht ze schafen (aus milliwatts zu megawatts) an Wellelängten (aus violett bis Infrarout) an pulsed a kontinuéierlech MODES bedreiwen kann. Baséiert op der Natur vun der aktiver Medien, sinn et dräi Zorte vu Gas lasers, nämlech atomarer, ionic a molekulare.

Stäerkste Gas lasers vun elektreschen Offlossquantitéit Klappen. D'Elektronepueren an der Offlossquantitéit eraus sinn duerch d'elektrescht Feld tëscht dem gedränkt scho. Si geschleidert mat Atomer, Protonen oder Molekülle vun en aktiven mëttel- a induce Iwwergank ze héich Energie Niveauen engem Staat Populatioun Stuerz an stimuléiert Emissioun ze erreechen.

molekulare Laser

De Prinzip vun Laser Aktioun ass op d'Tatsaach, datt baséiert, Géigesaz zu den isoléiert Atomer an Protonen zu atomarer an Ion lasers Molekülle breet Energie Bande vun diskret Energie Niveauen Besëtz. Ausserdeem, ass all Elektronen Energie Niveau eng grouss Zuel vun vibrational Niveauen, an déi am Tour - e puer Rotatiounsachs.

Der Energie tëschent den Elektronen Energie Niveauen ass am UV an siichtbar Regioune vum Spektrum, iwwerdeems tëscht dem vibrational-Rotatiounsachs Niveauen - an de wäit a bei Infraroutstrahlung Regiounen. Sou, schaffen déi meescht vun de molekulare lasers an enger wäiter oder Géigend-Infraroutstrahlung Regiounen.

excimer lasers

Excimers sinn esou Protein als Arf, KrF, XeCl, déi stabil Buedem Staat an den éischten Niveau ënnerdeelt sinn. De Prinzip vun der Operatioun vun der Laser nächst. Typesch, ass d'Zuel vun de Grondzoustand vun der Molekülle kleng, sou den direkten Pompelstatiounen aus dem Buedem Staat ass net méiglech. D'Molekülle an der éischter opgereegt elektronesche Staat vun engem Facettenaen gemaach engem héich Energie halides mat Inertgas- Gasen mussen. Der Populatioun Stuerz ass bei engem normalen Niveau einfach well d'Zuel vun Molekülle erreecht ze niddreg ass, am Verglach mat der opgereegt. De Prinzip vun Laser Aktioun, bref, ass aus engem gebonnen opgereegt elektronesche Staat zu engem Terrain Staat dissociative zu Transitioun. D'Populatioun vun de Buedem Staat ass ëmmer bei engem niddregen Niveau, well bei dësem Punkt der Protein an Atomer dissociate.

De Staatsapparat an lasers Prinzip besteet an datt d'Offlossquantitéit eraus mat enger Mëschung aus halide (F ₂₎ a rare Gas (Arméi) gefëllt ass. D'Elektronepueren an et dissociate an der halide Molekülle ioniséieren an negativ Protonen schafen. Positiv Protonen Arméi ⁺ an negativ F ^- reagéieren an Arf Molekülle an der éischter opgereegt Staat verbonne mat der Kierzunge Iwwergank zu der Basis Staat repetéiert an Generatioun vun kohärent Stralung produzéiere. Excimer Laser, de Prinzip vun der Aktioun an de Gebrauch vun deem mer elo bereet sinn, konnt de Pompelstatiounen vun der aktiver mëttel- vun der Dye benotzt ginn.

flësseg Laser

Verglach mat amuletum, sinn Flëssegkeeten méi eenheetleche an hunn eng héich Dicht vun aktiv Atomer, am Verglach mat Gasen. Zousätzlech zu dëser, sinn se ze produzéieren net schwéier, einfach Hëtzt dissipation erlaben an einfach ersaat gin kann. De Prinzip vun der Aktioun vun der Laser ass als gewannen mëttel- vun Bio Dye, wéi DCM (4-dicyanomethylene-2-Duerch e 6-p- dimethylaminostyryl-4H-pyran), rhodamine, styryl, LDS, coumarin, stilbene a wëll benotzt ginn. D ., an engem passenden Léisungsmëttelbad opgeléist. Eng Léisung vun der Dye Molekülle ass opgereegt duerch Stralung hir Wellelängt huet eng gutt Un- ass souguer gemaach ginn. De Prinzip vun Laser Aktioun, bref, ass bei engem méi Wellelängt ze generéieren, genannt fluorescence. D'Differenz tëscht der Energie absorbéiert a Emissiounen photons benotzt nonradiative Energie ëmgebaut a Pilot de System.

Méi breet Band fluorescence Flëssegket lasers huet eng eenzegaarteg Fonktioun - Wellelängt tuning. De Prinzip vun der Operatioun a Gebrauch vun dësem Typ als tunable Laser an der kohärent Liichtjoer Quell, ass ëmmer méi wichteg an Spektroskopie, holography, an biomedical Uwendungen.

Kuerzem, goufen lasers benotzt fir Isotop Trennung ze Dye. An dësem Fall, provozéiert d'Laser selektiv ee vun hinnen, wourop eng chemesche Reaktioun ufänken.