A működés elve, valamint a főbb lézerek
Szerint a működési elve a modern lézer nagyon hasonló a korábban létrehozott maser. Ez mi okozta a lézer alternatív nevet, amely úgy hangzik, mint egy optikai maser. Mindkét ilyen eszközök működési elve abban áll, emisszió a többlet energia az atomok, amely egy gerjesztett állapotban külső hatások miatt.
Ahhoz, hogy megértsük a működési elve a lézer, meg kell tudni, mi van a fény. Light - ez egy különleges, egyedi forma számít, amely egy fajta vérrögök, az úgynevezett kvantum. Minden olyan anyag, a világ atomokból áll. Viszont atomok anyag, amely képes abszorbeálni vagy fényt bocsát, ahol ezek rendre vagy az egész termék vagy abszorbeálják fotonok. A hullámhossz (és ezért a szín) a sugárzás függ az energia kvantum. Az hiányában járulékos hatások, atomok az anyag nem lépnek vele kölcsönhatásba részek QUANTA. Az atomok meglehetősen hasonló jellegű, akkor generált, illetve elnyelt fotonok egy adott hullámhosszú csak. A legtisztább és legnyilvánvalóbb példa képes kiszolgálni, mint egy kisülési lámpa, amely például lehet egyenletesen megtöltött neon. Amikor a fény emissziós kvantum atom folyamatosan fogyaszt energiát, és így elnyeli a kvantum atom elnyeli a felesleges energiát (feltöltve). Annak a ténynek köszönhetően, hogy az energia át arányban, mint atom, és hozzá atom tartózkodjon csak egy feltétellel. Az első az állami - a fő, ami jellemző a minimális energiát. Csak atom lehet az egyik gerjesztett állapotok. Ebben az esetben a fogadó atom az alapállapotú következő abszorpciós a fénymennyiség a magból atom gerjesztett állapotban. És ennek megfelelően abban az esetben foton sugárzás, az atom megy az alapállapotba. Ebből következik, hogy minél nagyobb a fotonok száma közel az atomok, annál nagyobb lesz az atomok számát, amelyek képesek, hogy az átmenet, csökkenés követte, vagy növekedését az energia szintet. A puszta jelenléte fényt képes okozni az atomok, hogy részt vegyen az energia átmenetek. Ez volt az oka a neve egy folyamatot nevezzük stimulált abszorpció és indukált emisszió. Abban az időben, amikor van indukált abszorpciós folyamat, a fotonok száma csökken, és ennek megfelelően csökken a fényintenzitás szintje. Egyes atomok, hogy tartozik a fények, kezd kénytelen kibocsátani összesen több energiát képest az összeg felszívódását. Ezeknek a tulajdonságoknak köszönhetően atomok és lézeres művelet történik. Más szavakkal - a fénykibocsátás indukált emisszió egy adott készlet tartalmaz.
A megjelenése a lézer adatfolyam (lasing) fordulhat elő kizárólag a több mikrorészecskék, ahol a atomok száma a gerjesztett állapotban nagyobb, mint az atomok száma az alapállapotú. Így, a generációs lézer fluxus, egy adott készlet mikrorészecskék kell először elkészíteni szivattyúzni az energiaforrás, amely külső tényezők. Ez a művelet a prekondicionálást - szivattyúzás.
A fő különbség az összes létező típusú lézerek rejlik eljárás szivattyúzás. A szivattyú szolgálhat:
- Elektromágneses sugárzásnak, amely a hullámhossza eltér a lézer;
- Elektromos áram;
- A sugár relativisztikus (nagyon gyors) elektronok;
- áramütés;
- A kémiai reakciók zajlanak egy megfelelő közeg áramlási generáló lézer.
Mather (az angl.Maser) egy kvantum-generátor, amely bocsát ki koherens rádióhullámokat, amelynek hossza körülbelül egy centiméter. Ez a név egy rövidítés a kifejezés „megerősítését mikrohullámok segítségével stimulált emisszió” (angolul hangzik kakmicrowave erősítés stimulált emisszióval) és kapott a készülék 1954-ben, az alkotók a maser. Az alkotók a maser tudósok a Szovjetunió AM Prohorov, NG Basov és amerikai kutatók Townes, J. Gordon és H. Tseyger. Az elején, miután a találmány a kvantum-generátor gondolták, hogy ez létrehozását tisztán emberi kezek, hanem egy kicsit később a csillagászok azt tapasztaltuk, hogy néhány, a távoli galaxisok jár egy óriás masers. Az elképzelhetetlen méretű gázfelhő, amelyek mérete a több száz milliárd kilométert (vagy akár több ezer fényév), vannak kedvező feltételeket lasing, pumpáló forrás, amely a kozmikus sugárzás. Ma masers használják a különböző technikák (különösen társul űrkutatás), a különböző fizikai kutatások, valamint a kvantum frekvencia szabványoknak.
Gáz típusú lézer (szén CO2 lézerrel)
Az egyik fő és meggyőző előnye által birtokolt gázok, mint az aktív közeg a lézer a magas szintű optikai egységességét. Ennek köszönhetően, a tudományos és műszaki alkalmazásokhoz, amelyek a lehető legmagasabb szintű, a fókusz és monokromatikus lézerfény, gáz (szén-dioxid) lézerek van a legnagyobb érdeklődés. Miután az első gázt kibocsátó hoztak létre, melyek alapján fogadta el a gázok keveréke, mint a neon és hélium (1960), korunk jött létre számos különböző gázzal sugárzók. Az ilyen radiátorok használt kvantum átmenetek semleges atomok, molekulák és ionok, amelyek frekvenciák széles tartományban, a ultraibolya a távoli infravörös rendkívül spektrum. A leginkább elterjedt a lézer kibocsátók folyamatos látható és a közeli infravörös tartományban a spektrum hélium-neon sugárzók. Ez a típusú lézer formájában zárt optikai rezonátor a kisülési cső, amely tele van gázkeveréket hélium és neon (He, Ne).
Amikor egy gáz lézersugárzás legtisztábban nyilvánul összes jellegzetes tulajdonságait lézereket, amelyek a magas szintű irányítottság és monochromaticity. Jelentős előnye az a képesség, az ilyen kibocsátók működik folyamatos üzemmódban. Korszerű módszerekkel gerjesztés és tranziens magasabb gáznyomás drasztikusan növeli a kapacitását a gázt kibocsátó. A rendszer segítségével a CO2 lézer egy egyedülálló lehetőség a további vizsgálatot, valamint a fejlesztési távoli infravörös spektrumot. Ezen kívül, a gáz kibocsátók lehetővé teszi számunkra, hogy tanulmányozza a tartományok az ultraibolya és az X-sugarak.
Között lézerek, amely működhet a látható és az infravörös félvezető lézer típusok a különleges helyzet miatt a különböző rendelkezésre álló lehetőségeket. Félvezető lézer injekció típusú sugárzók nagyon magas hatásfok együttható (COP) átalakítására elektromos energiát koherens sugárzás. A hatékonysági szintje az ilyen lézerek csaknem 100% -kal egyenlő. Ezek a lézerek is működtethető folyamatos üzemmódban. Ezen túlmenően, a félvezető lézerek más rendelkező gyakorlati jelentősége, jellemzői, amelyek a következők:
- A magas szintű hatásfoka az elektromos energiát koherens sugárzás (30-50%);
- Az alacsony fokú tehetetlenség, ami megmagyarázza a nagy kiterjedésű közvetlen modulációs frekvenciák (több mint 109 GHz);
- Rendkívül egyszerű adó tervezés;
- Lehetőség van konfigurálja újra a kibocsátott hullámhossz;
- A jelenléte jelentős számú félvezetők, amelyek folyamatosan végezzük átfedik kisugárzott hullámhossz tartományokban 0,32-32 mikron.
Függetlenül attól, hogy milyen típusú félvezető sugárzók, mindannyian egy közös hátránya, amely abban rejlik, hogy a viszonylag alacsony fokú irányítottság. Ez annak köszönhető, hogy a kis méretű, mint kibocsátók. Ezen kívül egy közös hátránya, hogy nehéz, hogy magas szintű monochromaticity. Ez annak köszönhető, hogy a jelentős szélessége a spektrum spontán emisszió munkahelyi rekombinációs átmenetek.
Félvezető lézer sugárzók típusú leghatékonyabbak abban az esetben, ha igény van az alacsony koherencia és irányított lézersugarat. Ehhez azonban szükség van a kis méretek és a legmagasabb szintű hatékonyságot. Félvezető lézer típusok jobbak minden más eddig ismert, típusú lézerek a kisugárzott energia sűrűsége, valamint jelzi a hatékonysági szintet. A legfontosabb jellemzője a félvezető lézer az a lehetőség, tuning kibocsátási frekvencia, és ellenőrzik a fényáram.
Folyékony típusú lézer
Folyékony lézer - egy típusú lézer, amely szerepet tölt a hatóanyag folyadék. Ezek a lézerek számos előnyt kínál, melyek közül a megvalósítása egyedülálló lehetőséget biztosít Folyadékkeringető hűtés. Ennek köszönhetően lehetőség van arra, hogy minél több energiát, és elérni a magasabb szintű kimeneti teljesítmény pulzáló és folyamatos üzemmódban.
Az első folyadék típusú lézerek, mint aktív anyagot tartalmazó oldat volt a ritkaföldfém-kelátok. Ők nem egy alkalmazás egy kis mennyiségű energiát elért, és a nem megfelelő kémiai stabilitása kelátokhoz. Az ilyen típusú lézerek, hogy működnek a szervetlen aktív anyagok nagyobb impulzus energia jelentős átlagos teljesítmény. Ennek megfelelően a folyadék típusú lézerek képesek sugárzást generáljon egy keskeny frekvencia spektrumot.
Folyékony lézerek dolgozik megoldásokat a szerves színezékek, van néhány érdekes funkciók. Széles spektrális vonalak lumineszcencia a szerves színezékek lehetőséget adnak arra, hogy működjön együtt az ilyen lézerek folytonos átrendeződése hullámhosszak széles tartományban. Felcserélésével színezékek lehetőség van, hogy biztosítsa az átfedés a látható és az infravörös része a spektrum. A folyékony-típusú lézerek szerepet színezék pumpáló forrás, tipikusan végez szilárdtest lézerek. Jellemzői néhány színezékek lehetővé teszi a speciális szivattyú pulzáló fény-kisülőlámpák, amelyek alkalmasak arra, hogy egy rövid intenzív villanások, amelynek fehér színű, ellentétben a hagyományos vakuk (kevesebb mint 50 ezredmásodperc).
A mai napig sok fajta szilárdtest lézer, amely működhet mind pulzáló és folyamatos hullám mód. A leginkább elterjedt a pulzáló szilárdtest lézerek lézerek működési rubin és neodímium üveg. Neodímium lézerek képesek működni hullámhosszon ℓ = 1,06 m. Továbbá, gyártott viszonylag nagy és igen optikailag homogén magok, amelyek hossza 1 méter átmérőjű 4-5 cm. Az egyik ilyen rúd lehet elég erős, hogy létrehoz egy impulzus, amely energiája 1000 J, közben 3- 10 sec.
A legnagyobb energia impulzus lézerek van egy szilárd rubin és neodímium üveg. Az összes energia impulzus generációs ilyen lézerek elérheti a több száz J, impulzusidőtartam 3-10 másodperc. Ezen kívül, lehetőség van a generációs impulzusok elegendően nagy ismétlési sebességgel (akár több kHz).
A legszembetűnőbb példája a szilárdtest lézer a folyamatos lézerek futnak a kalcium fluorit CaF2 adalékolt diszprózium Dy, és a lézerek működő ittrium-alumínium gránát adalékolt különböző ritkaföldfém atomok. Jellemzően, a nagy részét ilyen lézereket üzemelni képes a hullám hossza 1 és 3 mikron. Jellemzően, az összeg a villamosenergia-termelés a szilárdtest lézer folyamatos üzemmódban körülbelül egyenlő arányban az 1 W vagy W, és a lézer jelforrással ittrium-alumínium gránát körülbelül tíz watt. Ebben az esetben, ha nem hoz létre semmilyen különleges feltételeket, a spektrum a szilárdtest lézer viszonylag széles. Ennek az az oka, hogy a szabály, hajtjuk multimódusú lasing módban. Azonban, beadva egy optikai rezonátor kiválasztó elem lehet elérni egymódusú lasing. Jellemzően ez egy olyan jelentős csökkenés az előállított energia. A mai napig, a folyamat egyre nagyobb egyetlen nagy kristályok a nagy minták, vagy főzési folyamat homogén és átlátszó üveg jár bizonyos nehézségekkel.
csipog