Optikai kvantum generátorok (lézerek) - studopediya
Működési séma bármely szükség lézeres amely három fő összetevőből áll:
1. Az aktív közeg (munkaközeg, a munkafolyadék). Ennek alapján lézerek vannak osztva gáz, folyadék, szilárd állapotban és a félvezető.
2. A szivattyú rendszer (a módja annak, hogy hozzon létre az inverz populáció). Különbséget optikai, termikus, kémiai, electroionization et al. Methods szivattyút.
3. Az optikai rezonátor (eszköz alkotó fénynyaláb kilépő a lézer). A rezonátor egy olyan rendszer, tükrök, prizmák és néhány egyéb részleteket. A szilárdtest lézerek, a tükrök általában speciálisan kezelt végei az aktív szervezet, amelynek formájában a rúd. Optikai rezonátor érzékeli az irányt, amelyben a sugárzás keletkezik, és biztosítja a választás hullámhossz, amelyek magukban erősíteni.
Tekintsük a elvét termelő indukált emisszióval példája rubinlézer (3.ábra). Rubin - kristályos alumínium-oxidból Al2 O3 adalékolt három vegyértékű króm ionokkal Cr 3+ (0,03 - 0,05%).
Ez munkafolyadék egy rubin lézer kristály formájában rúd henger alakú, egy teljesen párhuzamos gondosan csiszolt véglapja (tükör üreget képeznek). Egyik vége van borítva vastag ezüst és fénnyel szemben átlátszatlan. A bevonat vastagsága másik végén van beállítva úgy, hogy áttetsző, hogy által kibocsátott sugárzás a lézer. Rod hossza korlátozott. Egy rubin hosszabb, mint 30 cm, nem tanácsos, mert atomok és bonyolult pumpáló sugárzás fókuszálás.
optikai pumpáló az aktív közeg használják a rubinlézer. Erre a célra egy xenon vaku, mint egy spirál tekerve egy rubin rúd. Plazma kialakítjuk a csőben a villamos kisülés, bocsát ki egy erős fényimpulzus, hogy belép, és gerjeszti a rubin rúd króm atomok. Az összes fényáram króm atomok csak elnyelik fotonok hullámhosszának # 955; = 560 nm (megfelel a zöld szín), ahol is az energia átment a szint 1-től 3. szint.
Az élettartam a gerjesztett állapot ezen a szinten
10 -8 s. Ezután történik a spontán átmenet az 1. szintű, vagy legvalószínűbben, sugárzásmentes átmenet egy alacsonyabb energiájú nonradiative átmenet 2. 3 → 2 alakítjuk termikus energiája rubin kristályrácsban. 2. Átmeneti 1 → megtiltotta kiválasztási szabályok. Ez azt jelenti, hogy a spontán átmenetek 2 → 1 valószínű, azaz Level 2 metastabil. Az élettartama a gerjesztett állapot 2 és körülbelül 10 -3. Ez körülbelül 100 000-szer nagyobb, mint az állam 3. Ha elegendő szivattyúzási teljesítmény 2. szinten jön létre az inverz populáció állapotát. Most minden véletlenszerűen során született spontán 2 → 1 átmenet okozhat lavina foton indukált átmenetek 1 → 2, ahol a másodlagos fotonok megjelennek, az elsődleges replika. Az származik koherens gerjesztett emissziós hullámhosszú átmenetnek megfelelő 1 → 2 (# 955; = 694,3 nm).
A stimulált kibocsátás lép fel egyszerre több működési pont a lézer test. mert primer fotonok A folyamat elkezdése bocsátanak különböző irányokba, és a stimulált emisszió kerül kiosztásra sok különböző irányba. Streams másodlagos fotonok egy szöget bezárva, hogy a tengely a rubin rúd ki az aktív közeg révén oldalfelülete. Azok fotonok, amelyek párhuzamosan mozognak a tengelye a rúd, a tapasztalat többszörös visszaverődés a tükrözött végei működő lézeres test. A reflexió fotonfluxus növekedni fog. A végén, az üreg képez koherens nyaláb irányul szigorúan egy hatalmas fényerő, ami jön ki a lézer egy félig ezüstözött tükör.
Mint a legtöbb szilárdtest lézerekkel, rubin lézerrel működik pulzáló üzemmódban. Az átlagos teljesítménye 1W, hatékonysága legfeljebb 2%.
Együtt a kristályos, ma már széles körben használják a gáz lézerek, amelyekben az aktív táptalajt használjuk, mint egy gáz vagy gázkeverék. Jellemző az ilyen lézerek a folytonosságot a sugárzás rezsim.
Az első gáz lézer (5. ábra), mint aktív közepes, gázkeveréket hélium és neon, amelyek arányában 10. 1 tele kvarc kisülőcsövet. Szivattyúzási a gáz felhasználásával állították elő a nagyfrekvenciás (RF) generátor, amely létrehozza a beépített közötti a cső elektródák (katód 1 és egy anód 5) parázsfény kisülés. A rezonátor két párhuzamos tükör 6 szerelt merőleges a kisülési cső az optikai tengelye 00. A kimenet az ablak 5 úgy vannak elrendezve, hogy a síkok tengelyére merőleges 00 a Brewster szög. Ezzel vysokomonohromaticheskoe kapott, síkban polarizált sugárzás és emellett gyakorlatilag megszünteti a veszteségek miatt visszaverődik a felületekről a cső kimeneti ablakokat. 2 - scavenger idegen gázok. Lézeranyagot folyamat zajlik a munka kapilláris kisülési cső 4 (d = 1 ÷ 10mm). Aktív központok a neon atomok.
Lézeranyagot történik az átmenet a gerjesztett neon atomok állapotban 3 egyike a két alsó szinten (6. ábra). Ehhez növelni kell a szintet település 3 és csökkenti azt a szintet 2. Hélium játszik támogató szerepet - hozzájárul az inverz populáció a dolgozó szintek neon atomok. Szivattyúzás végezzük két lépésben (6. ábra). A villamos kisülés gerjeszti az atomok hélium (He), át őket egy metastabil level 3 *. mert az első gerjesztett szint a hélium 3 * lényegében egybeesik a 3. szintű a neon, a rugalmatlan ütközések izgatott héliumatomok átviszik energiájukat a neon atomok és maguk alaphelyzetbe. Ennek eredményeként, a neon atomok megy az alapállapot szintre 3. Mivel hélium atomok több és azok szintje 3 * metastabil, szinten 3 neon felszabadítással hozzon létre egy állam inverz populáció.
Ürítés 2. szintű végzi kiválasztása a kisülési cső átmérője. Ez úgy van megválasztva, hogy a neon atomok ütköznek a cső falak stimulált átmenetet állapotban 2 az alapállapotba 1. Ez biztosítja, helyhez kötött inverz populáció működési szinteket a 2. és 3. neon.
Felső neon szintek (2, 3) van egy bonyolult szerkezet, tartalmaznak több sublevels. Jelenleg mintegy 30 a megengedett átmenetek kiválasztási szabályok 3 sublevels be sublevels 2. Ezért hélium-neon lézer működhet sok hullámhosszon a látható és az infravörös sugárzást. Kiválasztása a hullámhossz alkalmazásával hajtjuk végre a rezonátor. Rezonátor megteremti a feltételeket az önálló gerjesztés, és támogatja a generációs egyetlen kiválasztott hullámhosszon. Például, az első hélium-neon lézeres bocsát ki hullámhossza 1153 nm. Körülbelül generációs a látható fény tartományban megnyílt két évvel később 632,8 nm. A sugárzási teljesítmény által kibocsátott hélium-neon lézeres 10 mW, a hatásfok körülbelül 0,1%.