Lazer nasıl üretilir?

Lazer20. yüzyılda harika bir buluş ve buna en hızlı bıçak, en doğru cetvel ve en parlak ışık denir. Uyarılmış radyasyon ışığı amplifikasyonu anlamına gelen lazer (uyarılmış radyasyon emisyonu ile ışık amplifikasyonu)lazer üretimi. Sonra, lazerin nasıl üretildiğine bir göz atalım.

Lazerin teorik temeli

Uyarılmış radyasyon teorisi, 1917'de Einstein tarafından ortaya konan lazer üretiminin temelidir. Lazer kazanç ortamında, alt enerji durumuna ve üst enerji durumuna karşılık gelen iki enerji seviyesi S1 ve S2 vardır.sırasıyla lazer geçişinin. Aralarındaki E2 - E1 enerji farkı Hν'ya eşittir. Sistem enerji seviyesi S1'deyken ve enerji Hν ile fotonlar tarafından ışınlandığında, fotonları emme ve enerji seviyesi S2'ye geçme olasılığına sahiptir. Bu işleme uyarılmış emilim denir. Sistem enerji seviyesi S2'de olduğunda, enerji seviyesi S1'e atlama ve floresan foton Hν'yı serbest bırakma olasılığı vardır. Bu işleme spontan emisyon denir. Sistem enerji seviyesi S2'deyse ve Hν tarafından ışınlanmışsa, aynı frekansa, faz 1'e ve olayı fotonla yayılma yönüne sahip bir foton salınma olasılığına sahiptir. Bu işleme uyarılmış radyasyon denir. S2 enerji seviyesinde çok sayıda molekül içeren böyle bir kazanç ortamı, iki zıt paralel ayna arasına yerleştirilirse, aynalara dik bazı floresan fotonları, kendini heyecanlandırılmış salınım oluşturmak için uyarılmış radyasyon ile amplifiye edilebilir, böylece lazer ışığı yayar. Rezonant boşluğunun sol ucundaki optik element, belirli bir geçirgenliğe sahip yansıtıcı bir yüzeye eşdeğer olan ve rezonant boşluğundaki lazerin çıkışı olan çıkış kuplörü olarak adlandırılır.

Lazer üretiminin anahtarı

Genel olarak, uyarılmış radyasyon o kadar zayıftır ki, lazer üretmek için kullansın, gözlemlemek bile zordur. Bir madde termal dengede olduğunda, moleküllerin enerji seviyelerinde dağılımı Boltzmann dağılımına neden olur. Düşük enerji durumundaki N1 parçacıklarının sayısı, üst enerji durumundaki N2 parçacıklarının sayısından çok daha fazladır ve Hν fotonlarının emilimi uyarılmış radyasyondan çok daha fazladır, bu nedenle optik sinyalleri gerçekleştirmek imkansızdır. makroskopik olarak. Lazer üretiminin anahtarı, partikül sayısının ters çevrilmesinde yatar, böylece N2> N1. Şu anda, lazer çalıştığında, parçacık sayısının belirli bir enerji seviyesinde tersine çevrilmesini gerçekleştirmek için uygun uyarma (pompalama) yöntemini benimsemek gerekir.

Boya lazerinin örnek olarak alınması, bu makale parçacık sayısının inversiyonunun nasıl gerçekleştirileceğini tanıtmaktadır. Lazerin kazanç ortamı organik boya çözeltisidir. Yaygın olarak kullanılan boyalar arasında mavi ve menekşe bantlarda Coumarin, kırmızı ve sarı bantlarda rodamin, vb. Bu iki enerjiBantlar, çözeltideki çarpışma genişlemesi nedeniyle sürekli olarak kabul edilebilen birçok dönme ve titreşim enerjisi seviyesinden oluşur. Lazer üretimi sürecinde, boya molekülleri, S0 bandının alt enerji seviyesinden S1 bandına geçiş yapmak için pompa ışığı ile ışınlanır ve daha sonra S1'in alt enerji seviyesine radyasyona, yani, yani,, yani, hızla geçiş yapar, yani Lazer geçişinin üst enerji durumu. Lazer geçişinde, moleküller S0 enerji bandında belirtilen enerji seviyesine geçer ve foton salınır ve daha sonra S0 enerji bandının alt enerji seviyesine hızlı bir şekilde geçer. Lazer geçişinin üst enerji durumu S2 uzun bir ömre sahipken, S1'in ömrü çok kısa ve pompa ışığının etkisi altında, çok sayıda molekül S2 üst enerji durumu için heyecanlıdır, bu nedenle popülasyon inversiyonu olabilir. gerçekleştirin. Lazer üretiminin aynı zamanda, boya molekülleri S1 bant üretim sistemleri arasında geçer, T1'de uzun ömürlü üçlü sistemine girer ve lazer verimliliğini etkileyen lazer geçiş döngüsünü terk eder. Bu nedenle, boya lazeri çalıştığında, boya çözeltisinin geri dönüştürülmesi gerekir.

Lazerin dalga boyu

Birçok lazer iyi bir tekokromatikliğe sahiptir, yani çıkış ışığının spektral bant genişliği dardır. Lazerin çıkış spektrumunun dar olup olmadığı aşağıdaki faktörlerle ilişkilidir. Her şeyden önce, lazer kazanç orta ve pompalama modu hangi dalga boyu bant fotonlarının amplifiye edilebileceğini belirler. Gaz lazeri, excimer lazer ve ND: YAG lazer, seyrek enerji seviyelerine ve dar enerji dağılımına sahip olan bu kazanç ortamı doğal olarak dar çizgi genişliğine sahip lazer üretir. İkincisi, lazerin tek renkli olması rezonant boşluk tarafından ayarlanabilir. İyi monokromatikliğe sahip lazer üretmek gerekiyorsa, spesifik spektral bileşenleri yükseltmek için rezonant boşluğundaki farklı spektral bileşenlerin zayıflamasının ayarlanması gerekir.