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

58198. Російська революція 1905-1907 рр. в Україні 48 KB
  Мета: формувати в учнів знання про події російської революції 19051907 рр. в Україні а також охарактеризувати процес активізації громадськополітичного життя в Україні в даний період; розвивати в учнів уміння встановлювати причинно-наслідкові звязки...
58200. Части речи, Характеристика основных частей речи 43.5 KB
  Орфолого-синтаксический способ словообразования осуществляется при переходе слов, принадлежащих к какой-либо части речи, в иную часть речи, например: прилагательные булочная, лесничий, рабочий, столовая перешли в имена существительные
58202. Функции белков 74.5 KB
  Белки выполняют чрезвычайно важные и многообразные функции. Белки входят в состав всех клеточных мембран и органоидов клетки. Двигательную функцию выполняют особые сократительные белки.
58205. Принципы бухгалтерского учета 75.5 KB
  Принципы бухгалтерского учета Развитие модели рыночной экономики в России вызывает необходимость изменения базисных категорий бухгалтерского учета к которым в первую очередь относятся принципы ведения бухгалтерского учета.