Лазери

3. Лазери

Радянські вчені Н.Г. Басов, А.М. Прохоров, а також американський вчений Ч. Таунс в 1964 р. були удостоєні Нобелівської премії з фізики за фундаментальні дослідження в області квантової електроніки, які послужили базою для створення принципово нових джерел випромінювання лазерів.

Лазер оснований на використанні так званого стимульованого випромінювання, яке виникає при виконанні особливих умов в квантових системах. Властивості квантових систем визначаються енергетичним станом системи. Внутрішня енергія таких систем може приймати суворо певні дискретні значення. Одне з можливих значень енергії називається рівнем енергії. Перехід квантової системи з одного енергетичного стану в інше відбувається тільки стрибкоподібно і пов'язаний з випромінюванням або поглинанням енергії, яка може мати різні форми: електромагнітну, теплову або звукову. Переходи, внаслідок яких поглинається або випромінюється електромагнітна енергія, називаються оптичними. Для частки, що знаходиться в збудженому стані (на верхньому енергетичному рівні ), є імовірність того, що через деякий час вона перейде в стан з меншою енергією (на нижній рівень ) і відбудеться випромінювання фотона частоти , яка визначається енергією початкового і кінцевого станів:

,

де - постійна Планка.

Вплив зовнішнього електромагнітного поля на частоті переходу підвищує ймовірність такого переходу. Взаємодія зовнішнього фотона  зі збудженою часткою викликає перехід частки в стан з меншою енергією, і при цьому випромінюється додатковий фотон . Фотон, що змушує (стимулюючий) перехід, і фотон, що випускається внаслідок переходу, не відрізняється один від одного. Вони мають однакову частоту, напрям поширення і фазу.

Таблиця 1 – Параметри лазерів

Стан квантової системи, при якому населеність верхнього енергетичного рівня вище за населеність нижнього енергетичного рівня, називається станом з інверсною населеністю. Середовище, в якому може бути отриманий стан з інверсною населеністю, є активним середовищем лазера. Переклад квантової системи в інверсний стан здійснюється підведенням енергії, яку прийнято називати енергією накачки. Середовище, в якому існує інверсна населеність, може служити підсилювачем випромінювання, але для цього необхідний початковий ініціюючий вплив. Ініціатором процесу вимушеного випромінювання може бути зовнішній сигнал або один з квантів спонтанного випромінювання в самому середовищі. Значне посилення випромінювання може бути досягнуте, якщо вмістити активне середовище в систему двох дзеркал оптичного резонатора. Одне з дзеркал резонатора частково прозоре, що необхідно для виведення. У резонаторі випромінювання, розповсюджуючись майже суворо в напрямі його осі, багато разів відбивається від дзеркал і проходить середовище, що спричиняє посилення випромінювання.

Таким чином, для отримання вимушеного (лазерного) випромінювання необхідно мати:

– активне середовище лазера, в якому в процесі накачки може бути створений інверсний стан;

– систему накачки, що забезпечує досягнення інверсної населеності;

– оптичний резонатор, що призначений для посилення і формування направленого випромінювання.

Вимушене випромінювання лазера характеризується високою мірою монохроматичності, когерентністю і спрямованістю. Енергія лазерного випромінювання зосереджена у вузькому спектральному інтервалі, який досягає в граничному випадку  нм (в газових лазерах). Розбіжність лазерного випромінювання характеризується плоским або тілесним кутом , в середовищі якого розповсюджується енергія або потужність випромінювання. Для лазерів деяких типів розбіжність не перевищує .

Найбільш поширені в цей час лазери можна розділити на групи за різними ознаками. На вигляд лазерної речовини лазери ділять на твердотільні, газові, напівпровідникові і рідинні. Лазери класифікують також і на вигляд накачки, яка може здійснюватися оптичним випромінюванням, електричним струмом, електронним пучком, за рахунок хімічних реакцій і іншими способами. За характером режиму роботи розрізнюють лазери, що працюють в безперервному і імпульсному режимах.

Властивості лазерів і можливість їх використання оцінюються енергетичними, спектральними, просторовими і тимчасовими характеристиками згідно з ГОСТ 15093 75.

Похожие работы

Приймачі випромінювання

Скачать

22433

2

4

...  електронного пристрою, то для порівняння різних приймачів поріг чутливості нормують, приводячи до одиничної площі і одиничної смуги пропущення: . На практиці для порівняння приймачів випромінювання використовують характеристику , зворотну , звану виявленою здатністю: . Інерційні властивості приймача характеризуються постійною часу і частотною характеристикою. Постійною часу  приймача ...

Проектування високошвидкісної лінії внутрішньозонового зв'язку Одеської області

Скачать

77029

9

13

... Відповідно до технічного завдання до дипломного проекту потрібно спроектувати високошвидкісну волоконно-оптичну лінію внутрішньозонового зв'язку, що повинна з'єднати за кільцевою схемою міста: Одеса, Біляївка,Б.Дністровський,Татарбунари,Кілія,Ізмаїл,Рені,Болград,Арциз,ТарутинеСарата( Одеської області) Схема представлена на малюнку 2.4. Частина території одеської області, по якій буде проходити ...

Загальні відомості про волоконно-оптичні системи передачі

Скачать

14071

0

2

... тільки оптичні кабелі. Вже закінчується будівництво міжнародної ВОЛЗ “Схід”, що проходить по території України. Для цієї ВОЛЗ використовується сучасна система передачі п’ятіркової синхронної цифрової ієрархії. Волоконно-оптичною системою передачі називається сукупність активних та пасивних пристроїв, призначених для передачі інформації на відстань по оптичних волокнах (ОВ) інакше –волоконних ...

Волоконно-оптичні сенсори контролю шкідливих хімічних компонентів

Скачать

42173

0

16

... РВФ. Будь-яка перешкода, що порушує масоперенос, дає помилку в показаннях ВОС. На рис.3.3 показана схема роботи необоротного оптрода на кисень.   Рис.3.3. Схема роботи необоротного волоконно-оптичного сенсора на кисень. Обумовлений компонент дифундує через селективну мембрану з відповідним розміром пор у порожнину, що містить іммобілізований флуоресціюючий барвник. Його світіння гаситься в ...