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

48514. КОНСТРУКЦИЯ СУДОВЫХ ТУРБОМАШИН. ПРОТОЧНЫЕ ЧАСТИ ОСЕВЫХ ТУРБОМАШИН 731 KB
  Соплами называют направляющие лопатки активных ступеней. Часто фрезерованные сопловые лопатки 3 регулировочной ступени рис. Сопловые лопатки перегородки в таком кольце выполнены штампованными и залиты своими концами в чугунные наружную и внутреннюю обоймы.
48515. ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ ОДНОМЕРНОГО УСТАНОВИВШЕГОСЯ ТЕЧЕНИЯ 525 KB
  В одномерном установившемся течении все параметры потока зависят только от одной пространственной переменной. Наиболее строго уравнения одномерного течения записываются для элементарной струи параметры газа в которой изменяются только от перехода от одного сечения к другому. Если параметры меняются в пределах поперечного сечения струи то в уравнения вводят их средние значения. В случае когда нет трения и отсутствуют потери скорости и другим параметрам часто приписывают индекс t и называют их теоретическими.
48516. УГОЛОВНОЕ ПРАВО 614.5 KB
  Размер наказания за приготовление к преступлению не может превышать половины а за покушение трех четвертей максимального срока наказания предусмотренного соответствующей статьей Особенной части за оконченное преступление ч. Следовательно при определении опасного рецидива учитываются те же показатели что и при формировании понятия рецидива а также вид назначенного наказания категории преступлений и число ранее совершенных преступлений. Рецидив признается особо опасным при совершении лицом: а умышленного преступления за которое оно...
48517. Средневековая, религиозно-христианская философия 53.04 KB
  Особенно Платоновское учение о сверхъестественных сущностях Аристотелевская концепция Бога как перводвиготеля всего сущего учение о форме как организующей силе и Аристотелевская концепция Логоса стоическая теория судьбы с предопределенностью Бытия человека. Вера в существование реальности Бессмертия Бога и при определенных условиях – вера в бессмертие человека. А поскольку человек неизбежно вступает в отношения с Богом то и познание человека его сущности и его души отыскание истинного пути человека к Богу также входит в предмет и...
48518. Финансовый учет. Конспект лекций 2.88 MB
  ФИНАНСОВЫЙ УЧЕТ Конспект лекции Утверждено на заседании кафедры БУХГАЛТЕРСКОГО УЧЕТА Протокол № 13 от 20. Утверждено на заседании кафедры бухгалтерского учета. Финансовый учет. Излагаются основные вопросы учета денежных и расчетных операций предприятий; текущих и долгосрочных обязательств; собственного капитала и обеспечения обязательств; основных средств и нематериальных активов; инвестиций и прямых необоротных активов; запасов; труда и его оплаты; расходов основной деятельности и калькулирования себестоимости продукции; прочих...
48519. Органічні сполуки 291.2 KB
  Хімічні властивості: реакція горіння. CH4 O2 = CO2 H2O; при нагріванні метану до 1000С без доступу кисню відбувається реакція розкладу. CH4 = C H2; метан реагує з хлором відбувається реакція галогенування. реакція нітрування – взаємодія з азотною кислотою.
48520. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ПРАВО 31 KB
  Основные понятия окружающей природной среды и экологии. Механизм природопользования и охраны окружающей природной среды. Понятие механизма природопользования и охраны окружающей природной среды. Структура механизма природопользования и охраны окружающей природной среды.
48521. Экономика недвижимости 737 KB
  Для эффективного ведения бизнеса предприниматель должен хорошо разбираться в вопросах экономики недвижимости. Предметом экономики недвижимости как научной дисциплины является изучение теории и практики проведения операций с недвижимостью а также изучение организации и функционирования хозяйственного механизма в этой области деятельности. Учебная дисциплина Экономика недвижимости преследует следующие цели: 1.
48522. Стратегічний аналіз, його місце в управлінні економікою підприємства 479.5 KB
  Стратегічний аналіз його місце в управлінні економікою підприємства Зміст завдання і організація стратегічного аналізу Стратегічний аналіз це комплексне дослідження позитивних і негативних факторів які можуть вплинути на економічне становище підприємства в перспективі а також шляхів досягнення стратегічних цілей підприємства. За допомогою стратегічного аналізу готується комплексний стратегічний план розвитку підприємства здійснюється науково обґрунтована всебічна і своєчасна підтримка прийняття стратегічних управлінських рішень....