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

48141. ПАТОФИЗИОЛОГИЯ 506 KB
  Для каждой болезни характерны определенное типичное для нее течение во времени определенные изменения дыхания кро вообращения температуры тела изменения периферической крови и т. недостаточное насыщение крови кислородом. без пульса состояние гипоксии сочетающееся с повышением напряжения углекислоты в крови и тканях. Гипоксия при патологических процессах нарушающих снабжение тканей кислородом при нормальном содержании его в окружающей среде или утилизации кислорода...
48142. Політична економія. Тексти лекцій 746.5 KB
  Товарна форма організації суспільного виробництва. Капітал: процес виробництва і нагромадження. Витрати виробництва і прибуток. Галузеві особливості виробництва і функціонування капіталу.
48143. Студент і викладач вищого навчального закладу 117 KB
  Розгорнулися наукові дослідження психічного розвитку дорослої людини і можливостей її навчання. Нині проблеми розвитку навчання і виховання зрілої людини на всіх етапах її життєвого шляху досліджуються андрагогікою і педагогічною антропологією наукові основи якої закладено К. Для викладача вищої школи важливо добре знати психологічні особливості навчання і виховання студента особливості розвитку і типологію його особистості. Типи студентської молоді можна аналізувати за різними чинниками: у зв´язку з обраною професією залежно від форми...
48145. День святого Валентина. План-конспект 33 KB
  Хід позакласного заходу: I Етап Pr: Der boys nd girls you know tht tody is not usul dy tody is specil nd wonderful dy for people who love ech other Who cn tell me how we cll this dy P: учні відповідають на запитання. II Етап Pr: I hope tht it will be interesting for you to listen to the legend tht tells why this dy is clled St. Vlentine’s Dy Pr: The old legend tells tht in the third century the priest who’s nme ws Vlentin hving broken the Emperor’s order tht did not llow to mrry...
48146. Литературоведение как наука. Методология литературоведения 107.5 KB
  Психоанализ в литературоведении и примеры психоаналитической интерпретации литературного произведения. Принципы анализа интерпретации и описания текста художественного произведения. Анализ литературного произведения. Художественный образ и целостность литературного произведения.
48147. ВІДНОСИНИ ВЛАСНОСТІ 52 KB
  Структура власності. Еволюція форм власності Список використаних джерел: Основи економічної теорії: Підручник За ред. Із цього виходить що процес відчуженняпривласнення лежить в основі відносин власності.
48148. ФОРМИ ОРГАНІЗАЦІЇ СУСПІЛЬНОГО ВИРОБНИЦТВА 81.5 KB
  Товарна форма організації суспільного виробництва 3. Проста і розвинена форми товарного виробництва. Натуральне виробництво і його місце в історичному розвитку суспільства Натуральне виробництво це тип господарства в якому виробництво спрямовано безпосередньо на задоволення особистих потреб і потреб виробництва.
48149. Гроші. Сутність і функції грошей. Інфляція 76.5 KB
  Еволюція і типи грошей 2. Сутність і функції грошей 3. Сучасні функціональні форми грошей 4. Еволюція і типи грошей Оскільки на початковому етапі розвитку суспільства обмін мав епізодичний і нерегулярний характер а ні товари які обмінюються ні самі пропорції обміну ще не були усталеними то відповідна форма вартості х товару А = у товару Б отримала назву простої одиничної чи випадкової де одному товару що перебуває у відносній формі вартості відповідає тільки один інший товар що перебуває в еквівалентній формі вартості.