22626

Принципова схема лазера. Властивості лазерного випромінювання. Основні типи лазерів

Доклад

Физика

Властивості лазерного випромінювання.Такий процес називається вимушеним індукованим випромінюванням. Для виходу випромінювання одне з дзеркал резонатора роблять напівпрозорим. Окрім підсилення хвилі активним середовищем є фактори що зменшують амплітуду хвилі фактори: коефіцієнт відбивання дзеркал r 1 виводимо частину випромінювання з системи дифракція розсіяння світла середовищем резонатора.

Украинкский

2013-08-04

47.5 KB

36 чел.

35. Принципова схема лазера. Властивості лазерного випромінювання. Основні типи лазерів.

Лазерами називають прилади, які використовуються для генерації когерентних електромагнітних хвиль в оптичному діапозні спектра. Якщо атом знаходиться у зовнішньому електромагнітному полі з частотою, яка збігається з частотою випромінюваного фотона, то це поле змушує атом ввипромінювати, тобто підвищує ймовірність переходу атома на нижчи енергетичні рівні.Такий процес називається вимушеним (індукованим) випромінюванням.

Принципова схема лазера.

Для коефіцієнта поглинання маємо закон Бугера:

(1), де

- спектральна густина коефіцієнту Ейнштейна Аmn (числа переходів m n в одиницю часу на один атом (m вище ніж n)), λ – довжина хвилі, gm, gn – статистичні ваги відповідних станів m і n (кількість квантових станів атома, які мають однакову енергію); Nm, Nn – заселеності  відповідних станів m і n.

Оскільки , то з (1) видно, що при (2)   α стає менше 0, і хвиля при проходженні крізь таке середовище буде збільшувати свою амплітуду за рахунок вимушених m n переходів, які нею ж індукуються.

Співвідношення (2) називають інверсною заселеністю енергетичних рівнів m і n. Саме середовище з інверсною заселеністю енергетичних рівнів, яка забезпечує підсилення хвилі, називається активним середовищем.

Принцип дії лазера.

Спочатку за допомогою накачки створюється інверсна заселеність рівнів. Потім крізь активне середовище пускають хвилю на частоті переходів відповідних рівнів, яка індукує вимушені переходи. При цьому атоми випромінюють у фазі з індукуючою хвилею, в результаті збільшується її амплітуда а інші параметри (фаза, частота тощо) не змінюються. Для багатократного підсилення ставлять дзеркала на шляху хвилі, і та проходить крізь активне середовище багато раз, кожний раз підсилюючись. Звичайно, виникають хвилі, не паралельні поздовжній осі системи, але вони не набирають багато енергії (умови ідеальні лише для підсилення пучків, паралельних осі резонатора).

Для виходу випромінювання одне з дзеркал резонатора роблять напівпрозорим. Окрім підсилення хвилі активним середовищем є фактори, що зменшують амплітуду хвилі (фактори: коефіцієнт відбивання дзеркал r < 1, виводимо частину випромінювання з системи, дифракція, розсіяння світла середовищем резонатора). Все це можна врахувати, ввівши ефективний коефіцієнт відбивання дзеркал rеф < r. Тоді нехай в нас є початковий потік випромінювання I0, і він 2 рази проходить крізь активне середовище (довжиною L), при цьому двічі відбиваючись від дзеркал. Тоді умова незатухання хвилі:

(3)  , звідки

Стаціонарна потужність генерації досягається, коли в (3) знак „=”, тоді цю умову запишемо як

(4)   

де . Для створення інверсної заселеності використовують зазвичай багаторівневі схеми. Наприклад, з Е1  Е3 – закачка, звідки атоми швидко переходять на метастабільний рівень Е2. Це забезпечує інверсну заселеність рівнів Е2 і Е1; пустивши хвилю з частотою переходу Е2  Е1, отримаємо лазерне випромінювання.

Головні ідеї, покладені в основу лазера:

  •  можливість вимушеної емісії кванта випромінювання в рамках теорії теплового некогерентного випромінювання;
  •  використання термодинамічних не рівноважних систем (інверсне заселення)
  •  використання позитивного зворотного зв’язку (резонатор).

Властивості лазерного випромінювання.

  •  висока ступінь монохроматичності  (внаслідок малої півширини мод резонатора)
  •  когерентність (внаслідок вимушеного випромінення)
  •  мала розбіжність пучка
  •  велика інтенсивність
  •  поляризованість

Класифікація: за активним середовищем – газові, рідині, твердотільні, напівпровідникові;

за типом накачки – оптична, самостійний газовий розряд, електроіонізація, теплова та хімічна рекомбінація; за режимом роботи – імпульсний та неперервний.

Застосування: вимушене комбінаційне розсіяння, генерація вищих гармонік, самофокусування випромінювання, голографія, медицина, промисловість, точкова зварка, вивчення швидкоплинних процесів.


E2

E3

En

Em

1

закачка

Лазерне випромінення

активне середовище

дзеркала

Схема оптичного резонатора


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

85353. Соціально-психологічні особливості людини із порушеннями слуху 40.78 KB
  Втрата слуху навіть часткова створює барєр між людиною і суспільством утруднює оволодіння знаннями і спеціальністю обмежує трудову і суспільну діяльність зтримує розвиток особистості. Відсутність слуху серйозно обмежує й естетичне виховання особи адже людина позбавляється можливості нормально сприймати музику...
85354. Компенсація, корекція і реабілітація як категорії спеціальної психології 37.42 KB
  Перша фаза виявлення того чи іншого порушення в роботі організму. Сигнал про порушення може бути повязаний і з самим розладом і з його наслідками з різними відхиленнями в поведінці і діяльності. Друга фаза оцінка параметрів порушення його локалізації та глибини виразності. Не випадково одне і те ж порушення у тварин і людини може призвести до різних наслідків.
85355. Особливості розвитку людини з порушенням зору 40.34 KB
  Вроджені: захворювання й аномалії розвитку органів зору: патологія судинної оболонки захворювання рогової оболонки ока вроджені катаракти глаукоми окремі форми патології сітківки і таке інше. Аномалії зору також можуть виникнути в результаті зовнішніх і внутрішніх негативних впливів що мали місце в період вагітності: перенесені матірю вірусні захворювання токсоплазмоз краснуха й таке інше.
85356. Проблема «норми» і «патології» в сучасних науках про людину 40.46 KB
  Розрізнення психічної норми не норми і патології вимагає відповісти як мінімум на два принципових питання. Перший підхід привнесений в психологію з медицини і полягає у визначенні норми через заперечення: якщо людина психічно не хворий відсутні симптоми психічного захворювання значить він психічно здоровий. Другий підхід внесений в психологію з біологічних наук і полягає в розумінні психічної норми як здатності підтримувати гомеостаз або рівновагу від грец.
85358. Розвиток мови при ДЦП 42.08 KB
  Про поширеність порушень мовлення при ДЦП існують різні думки. Семенова відзначає що частота розладів мовлення залежить від форми паралічу. Враховуючи різноманітність порушень мовлення при ДЦП та складну структуру даної патології можна уявити що розвиток мовлення у цих дітей багато в чому залежить від проявів даного розладу. Так на розвиток мови впливають: ті ж обставини які викликають патологію мовлення у дітей без ДЦП; моторні порушення в периферичному мовному апараті.
85359. Механізми формування системних відхилень в дизонтогенезі 37.35 KB
  Дуже часто поява вторинних або системних порушень розглядається як майже автоматичний процес Насправді вторинні відхилення чи не з’являються і не зникають самі по собі. Їх поява і формування пов’язане з роботою численних складних механізмів.
85360. Форми шкільної дезадаптації в молодшому шкільному і підлітковому віці (неврози, страхи, депресія, неврастенія) 47.92 KB
  Разом з тим коли підліток пригнічений сумує або плаче прояви депресії або сильні потягу прийняти алкоголь викурити сигарету здійснити певний вчинок і т. Криза має виключно важливе значення як орієнтир бо потенційно саме в момент його розвитку можна фіксувати патологію коли підліток відчуває що не в силах протистояти стражданню навіть за умови що його можна швидко усунути якщо під час лікування він може пройти через процес рефлексії і опрацювання своїх переживань. Перш за все підліток дійсно знаходиться в пригніченому стані...
85361. Загальна характеристика дітей із порушеннями рухового апарату 39.9 KB
  При всій різноманітності вроджених і рано набутих захворювань і пошкоджень опорнорухового апарату у більшості таких дітей спостерігаються подібні проблеми. Але всі діти з порушеннями опорнорухового апарату потребують особливих умов життя навчання і подальшої трудової діяльності. Більшу частину дітей з порушеннями опорнорухового апарату складають діти з церебральними паралічами.