lézerkészülék
Lézeres szükségszerűen három fő részből áll:
1) az aktív közeg, ahol a létrehozott állapotát populáció inverzió;
2) sistemynakachki - egy generálására alkalmas eszközt, inverzió az aktív közeg;
3) az optikai rezonátor - a készülék kialakítása a foton nyaláb irányát.
Továbbá, az optikai rezonátor lézersugárzás több amplifikációs.
Jelenleg, mint aktív (működő) a lézer közeg használt aggregáció különböző halmazállapotúak lehetnek: szilárd, folyékony, gáz halmazállapotú, a plazma.
Létrehozásához a lézer inverz populáció környezet segítségével különböző pumpáló technikákat. lézer pumpáló végezhetjük egyaránt folyamatosan és a pulzust. A hosszú távú (folyamatos) üzemmódban betáplált pumpáló fényjel energiájának az aktív közeg korlátozza túlmelegedés az aktív közeg és a kapcsolódó jelenségek. A single-impulzus üzemmódot, bevezetése az aktív közeg lényegesen nagyobb energiát igényel, mint az ugyanabban az időben folyamatos üzemmódban. Ez magas teljesítmény egy impulzust.
A szilárdtest lézerekkel szivattyúzás miatt a gázkisüléses sugárzás erős vaku lámpák, elsősorban a napsugárzás (úgynevezett optikai pumpálás) és más lézersugarat. Amikor ez a művelet csak akkor lehetséges, az impulzusos üzemmódban, mivel nem igényel nagyon nagy szivattyú energiasűrűség, ami egy hosszabb ideig tartó erős fűtési és megsemmisítése a rúd a dolgozó anyag. A gáz és a folyadék lézerek segítségével elektromos kisülés szivattyúzás.
Ezek a lézerek működnek folyamatos üzemmódban. Vegyi lézerek pumpáló keresztül történik perkolálási közegben aktív kémiai reakciók. Ebben a populáció inverzió bekövetkezik vagy közvetlenül a reakció termékek akár a bevitt szennyeződések különösen alkalmas szerkezet az energiaszintet. A szivattyúzás félvezető lézerek történik az intézkedés alapján erős egyenáram révén p-n átmenet, valamint a elektronsugaras. Vannak más módszerek szivattyúzás (gasdynamic álló kvencselés az előmelegített gázokat, fotodisszociációs, egy adott esetben a kémiai szivattyú, stb).
Az optikai rezonátor egy olyan rendszer, a két tükör 1 és 2 (ábra. 24,5). A legegyszerűbb esetben, az egymás felé néző párhuzamos (vagy konkáv) tükör egy közös optikai tengellyel, amelyek között van elhelyezve az aktív közeg (vagy kristály cella gáz). Azok fotonok, hogy az utazás szögben, hogy egy kristály tengelye az aktív közeg található keresztülhalad az oldalsó felületen.
Mozgó az optikai tengely mentén a fotonok után többszörös visszaverődés a tükör és az erősítés a foton fluxus az aktív közeg található a félig áteresztő tükör 2. Az eredmény egy erősen irányított fénynyaláb koherens fotonok - lézersugárzás. Megjegyezzük, hogy az erősítés a sugárzás egy menetben a tükröket meg kell haladnia a küszöbértéket. azaz energiaveszteség miatt a sugárzás keresztül kiemelkedő a tükör 2 egy menetben. Minél több a fényáteresztő a tükör, annál nagyobbnak kell lennie a küszöb nyereség az aktív közeg.
Következik (24,23), a hatékony fénykibocsátás növelése érdekében szükség van a fény útját az aktív közegben.
Fokozására az elektromágneses hullámok jön ki a rezonátor kell lennie az azonos fázisban, így a beavatkozás a kapott amplitúdó válik maximális. Ez a feltétel egyértelműen teljesül az esetben, ha hullám, visszatér a kiindulási pont a felszínen a kimeneti tükör, valamint mindenhol az aktív közegben, majd ugyanabban a fázisban az elsődleges hullám számától függetlenül reflexiók által tapasztalt meg.
Ebből a célból, az optikai úthossz által átjárt a hullám a két visszatér, meg kell felelnie a feltétel:
ahol m = 1, 2, 3. Sőt, mivel az optikai útvonal különbség d, és a fáziskülönbség kapcsolódnak. a feltétel (24.27) lehet átírni:
,
E., Mind a késleltetett hullámok képest az előző a fázis egyenlő 2π, más szóval, az összes a hullámok áradó generátor ugyanabban a fázisban, ami egy kölcsönös zavarás a maximális amplitúdója a kimenő hullám. Ugyanakkor a szerepe a rezonátor nem csak növeli a hossza a fény útját az aktív közegben. Azt is előírja a masszívan párhuzamos és nagyon közel van a monokromatikus sugárzást.
Laser tükrök nem csak arról, hogy létezik egy pozitív visszacsatolás, hanem a munka, mint egy rezonátor, fokozza néhány módban generált lézer (9,28), ami állóhullámok a rezonátor, és elnyomja mások. Az a tény, hogy az energia szintjét különböző okok miatt (Doppler szélesítése, a külső elektromos és mágneses mezők, kvantummechanikai hatások stb) mindig van egy bizonyos szélességű. Ezért lehetnek olyan helyzetek, amikor a szélessége a spektrális vonal fér több frekvencián a rezonátor. Ebben az esetben a lézer fény multimódusú.
A működési elve a lézer.
Az első szilárdtest lézer volt rubinlézer az Egyesült Államokban dolgoztak (1960) T. Maiman.
Az aktív használt táptalaj rubin (alumínium-oxid (A12O3), amelyben egyes csomópontok rács szubsztituált alumínium háromszor ionizált atom króm (Cr +++). Jellemzően, a koncentráció a króm ionok A12O3. Is (0,03-0,5)%. rubin kristály van egy rózsaszín színű. koncentrációjától függően a krómionokat rubin színe a világos rózsaszín (0,03% króm ionok) a sötét rózsaszín (0,5% króm ionok).
Gyártjuk, mint Ruby 3 henger (ábra 24,5) átmérőjű
(0,4-2) cm (3-20). Lásd között található a tükrök 1, és 2 a rezonátor. Crystal kell nagyon optikailag homogén, hogy megakadályozza a sugárzás szóródása. Mivel a gerjesztés fényforrás egy 4 szivattyú, amelynek formájában a spirális tekercselés körül a henger 3.
Ismételten amplifikált fotonfluxus megy keresztül egy félig átlátszó tükör, ami egy erősen irányított fénysugár óriási fényerő. Így az optikai rezonátor generál irányba (tengely mentén) amplifikált foton fluxus, azaz lézer magas koherencia tulajdonságait. Egy rubinlézer működik pulzáló módban hullámhosszon 694,3 nm (sötét cseresznye fény) kibocsátási teljesítmény elérheti az impulzus (10 6 -10 9) watt.
Az egyik gyakori lézer egy gáz lézerrel keveréke hélium és neon. A teljes nyomás a keverékben körülbelül 10 2 Pa aránnyal Ő és Ne komponenst körülbelül 10. 1. Az aktív gáz, amelyre van lézeranyagot át 632,8 nm (élénkvörös) egy folyamatos üzemmódban neon. Hélium részt vesz a mechanizmus a populáció inverzió egyik felső szintek neon. Sugárzás He-Ne lézer magas monochromaticity.
A számítások azt mutatják, hogy a spektrális vonal szélessége He-Ne lézer körülbelül δν ≈ 5 · 10 -4 Hz.
koherencia-ideje ilyen sugárzás a sorrendben τ ≈ 1 / δν ≈ 2 × 10 3 másodperc. koherencia hossza cτ ≈ 6 x 10 11 m. ábrán. 24.8 egyszerűsített szintű rendszert a hélium és a neon és egy olyan mechanizmust, hogy megteremtse a populáció inverzió a lézer átmenet.
Pumpáló lézerhez átmenet E4 → E3 neon a következőképpen. A magas feszültségű elektromos kisülés miatt ütközések elektronok jelentős részét a hélium atomok mozog a felső metastabil állapot E2. Izgatott héliumatomokkal rugalmatlanul ütköznek neon atomok alapállapotú, és továbbítja azokat az energiájukat. Szint E4 neon található 0,05 eV feletti metastabil hélium szinten E2. Erőtlenség kompenzálja a kinetikus energia az ütköző atomok. A E4 szinten neon populációinverzióban összefüggésben kerül sor az E3 szinten. Egyenes berajzolt nyilak spontán átmenetek a neon atomok.