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

35 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

17054. Управління теками, файлами і ярликами 470.5 KB
  Практична робота №4 Тема: Управління теками файлами і ярликами Мета: придбати уміння і навик роботи з теками і файлами а також створення ярликів до них. Призначення: оволодіння прийомами створення і перейменування тек копіювання переміщення видалення і відновленн...
17055. Використовування програми «Провідник» 479.5 KB
  Практична робота №5 Тема: Використовування програми Провідник Мета: придбати уміння і навик роботи з програмою Провідник. Призначення: оволодіння засобами програми Провідник забезпечить закріплення навиків придбаних при виконанні попередньої роботи і сп
17056. Социальная защита населения. Социальные трансферты 186 KB
  В подобном контексте рассматриваемое понятие неизбежно связано с политикой обеспечения прав и гарантий в области уровня и качества жизни: на минимально достаточные средства для жизни; на социальное обеспечение в старости, в случае болезни, потери кормильца; на защиту от безработицы, охрану здоровья...
17057. Програмування арифметичних дій множення і розподіл 43.5 KB
  Практична робота №21 Тема: Програмування арифметичних дій множення і розподіл. Мета: Навчитися створювати програми на асемблері виконуючі операції множення і розподіл.. Устаткування: ПК. Програма Turbo Assembler 5.0. Правила ТБ. Хід роботи Описати коже...
17058. Програмування арифметичних виразів 40 KB
  Практична робота №22 Тема: Програмування арифметичних виразів. Мета: Навчитися створювати програми на асемблері виконуючі основні арифметичні дії. Устаткування: ПК. Програма Turbo Assembler 5.0. Правила ТБ. Методичні рекомендації. Індивідуальне завдання ...
17059. Основні прийоми роботи в середовищі Windows 247 KB
  Практична робота №1 Тема: Основні прийоми роботи в середовищі Windows. Мета: вивчити структуру робочого столу і властивості основних об'єктів. Призначення: ознайомитися з основними об'єктами робочого столу теками Мій комп'ютер Мережеве оточення Корзина і па
17060. Метод анкетного опроса как инструмент диагностики проблем в образовательной системе Республики Беларусь 324 KB
  Переход от одного типа общества к другому не бывает скоротечным и мгновенным. Это длительный и трудоемкий процесс, требующий исследований с целью выявления слабых сторон системы для дальнейшего анализа и совершенствования.
17061. Проектирование кулачкового механизма с прямолинейно движущимся роликовым толкателем 1.17 MB
  Кулачковый механизм предназначен для перемещения толкателя по определенному закону, который задается при проектировании. Первый этап проектирования состоит в определении положения центра вращения кулачка по отношению к траектории точки В толкателя
17062. Настройка компютерної системи засобами BIOS SETUP 39 KB
  Практична робота №6 Тема: Настройка комп'ютерної системи засобами BIOS SETUP. Мета: Вивчення настройок BIOS SETUP. Устаткування: ПК. Операційна система Windows. Індивідуальне завдання Включіть ПК після появи службової інформації на екрані дисплея натисніть клавішу DELETE д