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

3994. Совершенствование деятельности органов местного самоуправления по реализации молодежной политики 224.65 KB
  Актуальность темы исследования заключается в том, что молодежь является движущей силой общества, так как её вклад в социально- экономическое развитие страны обеспечивает благосостояние общества. Молодежь необходимо оценивать как часть общес...
3995. Статистические методы обработки опытных данных. Числовые характеристики выборки 225.31 KB
  Лабораторная работа № 5 СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ОПЫТНЫХ ДАННЫХ. ЧИСЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫБОРКИ Цель: Научиться основным методам обработки данных, представленных выборкой. Изучить графические представления данных. Овладеть навыками расчета с...
3996. Класифікація компютерних злочинів 222.3 KB
  Закордонними фахівцями розроблені різні класифікації способів здійснення комп'ютерних злочинів. Нижче приведені назви способів здійснення подібних злочинів, що відповідають кодифікаторові Генерального Секретаріату Інтерполу. У 1991 році даний кодифікатор був інтегрований в автоматизовану систему пошуку і в даний час доступний НЦБ більш ніж 100 країн.
3997. Аналіз ефективності інвестиційних проектів засобами ПК 221.95 KB
  АНАЛІЗ ЕФЕКТИВНОСТІ ІНВЕСТИЦІЙНИХ ПРОЕКТІВ ЗАСОБАМИ КОМП’ЮТЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЙ Теоретична довідка. Основна задача аналізу ефективності інвестиційного проекту полягає у визначенні цінності проекту з погляду зіставлення вигод і витрат проекту, вираж...
3998. Програмування та настроювання малоканального програмованого логічного контролера МІК-51 підприємства Мікрол 228.81 KB
  Робота 2. Програмування та настроювання малоканального програмованого логічного контролера МІК51 підприємства «Мікрол». Мета роботи Вивчення основних можливостей програмного пакета «Редактор FBD-програм АЛЬФА», програмна реалізація мовою FBD-блок...
3999. Імітаційне моделювання інвестиційних ризиків засобами ПК 219.7 KB
  Лабораторна робота. ІМІТАЦІЙНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ІНВЕСТИЦІЙНИХ РИЗИКІВ ЗАСОБАМИ КОМП’ЮТЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЙ Вибір та обґрунтування доцільності реалізації того чи іншого інвестиційного проекту пов’язані з аналізом подій, які відбуватимуться в майбу...
4000. Амортизація. Метод рівномірної амортизації 216.18 KB
  Амортизація. Амортизація – це списання частини вартості активу (як правило основних засобів), яке пов’язане з його використанням у процесі отримання доходу. Списання відбувається поступово по мірі зносу активу, в залежності від строку його...
4001. Изучение пакета NetCracker Pro 205.99 KB
  Лабораторная работа № 1 Изучение пакета NetCracker Pro Цель работы: познакомиться с основными возможностями пакета NetCracker Pro и получить навыки построения компьютерных сетей. Краткое руководство по использованию программы NetCracker Pro. Програм...
4002. Изучение центрального соударения двух тел. Проверка второго закона Ньютона 192.98 KB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 Изучение центрального соударения двух тел. Проверка второго закона Ньютона Цель работы 1. Экспериментальная проверка законов упругого и неупругого центрального соударения для системы двух тележек, движущихся с малым трением. ...