лазерно устройство

Лазерно задължително се състои от три основни компонента:

1) активно средство, където състоянието е създаден с инверсия на населението;

2) sistemynakachki - устройство за генериране на инверсия на активното средство;

3) оптичния резонатор - устройството образуване посока фотонни лъчи.

Също така, оптичен резонатор за лазерно излъчване на множествена амплификация.

Понастоящем като активен (операционна) лазерна среда се използва агрегация различни състояния на материята: твърди, течни, газообразни, плазма.

За да създадете среда лазерна обратна население с помощта на различни техники за изпомпване. лазерно изпомпване може да се извърши и двете непрекъснато и пулс. При продължително (непрекъсната) режим помпена мощност въвежда в активна среда се ограничава от прегряване на активното средство и свързаните явления. В режим на единичен импулс, въвеждането в активна среда е значително по-голяма енергия, отколкото за същото време в непрекъснат режим. Това води до висока мощност единичен импулс.

В твърдо състояние лазери, дължащи се на изпомпване е газ освобождаване радиация мощни импулсни лампи, фокусирани слънчева радиация (така нареченото оптично изпомпване) и други лазерно лъчение. Когато тази операция е възможно само в импулсен режим, тъй като изисква много голяма помпа енергийна плътност, което води до продължително излагане на силно нагряване и унищожаване на пръта на работното вещество. Газът и течни лазери използват електрически разряд изпомпване.

Тези лазери работят в непрекъснат режим. Химически лазери изпомпване става чрез просмукване среда в техните активни химични реакции. В тази група се появява инверсия или директно от реакционните продукти или на въведените примеси е специално подходящи нива структура на енергия. помпени полупроводникови лазери възниква под действието на силна постоянен ток чрез р-п възел, както и електронен лъч. Има и други методи за изпомпване (gasdynamic състоящи се в предварително загрята охлаждане газове; фотодисоциация, в частност на химически помпа и т.н.).

Оптичната резонатор е система от две огледала 1 и 2 (фиг. 24.5). В най-простия случай, взаимно паралелно с лице (или вдлъбната) огледалото на обща оптична ос, между които се поставя активното среда (или кристал с газ). Тези фотони, които се движат под ъгъл към кристал ос на активното средство са разположени през страничната повърхност.

Преместването по оптичната ос на фотоните след няколко отражения от огледалата и печалбата на поток фотон в активна среда са разположени през огледалото половината 2. Резултатът е силно посока светлинен лъч на последователни фотони - лазерно лъчение. Имайте предвид, че усилването на лъчението с едно минаване между огледалата трябва да превишава пределната стойност. т.е. загуба на енергия в резултат на радиация възникващи през огледалото 2 с едно минаване. Колкото по-пропускането огледалото, толкова по-голяма трябва да е на прага на печалбата на активната среда.

Това следва от (24,23), за ефикасно усилване на светлината е необходимо да се увеличи пътя на светлината в активна среда.

За повишаване на електромагнитните вълни, идващи от резонатор трябва да бъде в една и съща фаза, така че тяхната намеса в резултат на амплитудата става максимум. Това условие е ясно удовлетворен, в случай че някоя вълна, връщане до началната точка на повърхността на изход огледалото за, както и навсякъде в активна среда, ще бъде в същата фаза като основната вълна, независимо от броя на отраженията с опит от него.

За тази цел, дължината на оптичния път пресича от вълната между двете се връща, трябва да отговарят на условието:

където m = 1, 2, 3. В действителност, тъй като са свързани с оптичен път разлика г и фазовата разлика. състоянието (24,27) може да бъде презаписано, както следва:

,

Е., Всяка от забавени вълни по отношение на предишното на фаза е равна на 2π, с други думи, всички вълните, произтичащи от генератора са в една и съща фаза, което води до взаимно смущения на максималната амплитуда на изходящия вълна. Въпреки това, ролята на резонатора е не само да се увеличи дължината на пътя на светлината в активната среда. Той също така предоставя много паралелно и в непосредствена близост до монохромни радиация.

Лазерни огледала не само осигуряват наличието на положителна обратна връзка, но също работят като резонатор, повишаване на някои видове генерирани лазер (9.28), съответстваща на заставане вълни на резонатора, и подтискане други. Фактът, че нивата на енергия поради различни причини (Доплерово разширение, външни електрически и магнитни полета, квантовата механични въздействия и т.н.) винаги ще има определена ширина. Поради това, че може да има ситуации, при които ширината на спектралната линия отговарят на няколко честоти на резонатора. В този случай, лазерната светлина е мултимодален.

Принципът на работа на лазера.

Първият твърд лазер е рубин лазер, разработен в САЩ (1960) Т. Майман.

Използваният рубин активен носител (алуминиев оксид (A12O3), в която някои възли решетка заместени алуминиев три пъти йонизиран атом на хром (Сг +++). Обикновено, концентрацията на хромови йони в A12O3. Е (0.03-0.5)%. рубин кристал има розов цвят. в зависимост от концентрацията на хром йони червен цвят варира от светло розово (при 0.03% хром йони) до тъмно розов (при 0,5% хром йони).

Произведени са от такова рубин цилиндър 3 (фигура 24.5) диаметър

(0.4 - 2) cm на (3 - 20). Вж разположен между огледалата 1 и 2 на резонатора. Кристал трябва да бъде силно оптично хомогенна за да се предотврати разпръскването на радиация. Като източник на светлина на възбуждане е помпа 4 като формата на спирала намотка около цилиндъра 3.

Многократно усилва фотон поток минава през полупрозрачно огледало, създавайки силно насочен светлинен лъч огромна яркост. По този начин, оптичен резонатор генерира посока (по оста) амплифицира фотонния поток, т.е. лазер с висока съгласуваност свойства. Рубин лазер работи в импулсен режим при дължина на вълната 694,3 нм (тъмно череша светлина) мощност на излъчване може да достигне пулса (10 6 -10 9) w.

Една обща лазер е газ лазер смес от хелий и неон. Общото налягане на сместа е около 10 Pa 2 със съотношение на Той и Ne компонент около 10. 1. активен газ, за ​​които има активния елемент при дължина на вълната 632,8 нм (ярко червено) в непрекъснат режим е неон. Хелий участва в механизма на населението инверсия на един от най-горните нива на неон. Радиация от He-Ne лазер е с висока monochromaticity.

Изчисленията показват, че широчината на спектралната линия He-Ne лазер е приблизително δν ≈ 5 · 10 -4 Hz.

време на последователността на такава радиация от порядъка на т ≈ 1 / δν ≈ 2 х 10 3 секунди. дължина последователност cτ на ≈ 6 х 10 11 м. На фиг. 24.8 е схема на хелий и неон, както и механизъм за създаване на инверсия на населението на лазер прехода опростената ниво.

Помпена лазер преход E4 → E3 в неон, както следва. Високото напрежение електрически разряд поради сблъсъци с електрони съществена част от хелиеви атоми движи към горния метастабилни състояние Е2. Възбудени хелиеви атоми нееластично се сблъскват с неонови атоми в основно състояние и да ги предават на своите енергия. Ниво E4 неон намира на 0.05 ЕГ над нивото на метастабилност хелий E2. Липса на енергия компенсира от кинетичната енергия на сблъсък атоми. На инверсия неон население ниво Е4 се случва по отношение на нивото E3. Прави стрелките, изобразени спонтанни преходи в неонови атоми.