Lazer nasıl üretilir?

Lazer20. Yüzyılda büyük bir buluştur ve en hızlı bıçak, en doğru cetvel ve en parlak ışık olarak adlandırılır. Lazer (radyasyonun uyarılmış emisyonu ile ışık amplifikasyonu), uyarılmış radyasyon ışığı amplifikasyonu anlamına gelir, ilkesini açıklarLazer üretimi. Ardından, lazerin nasıl üretildiğine bir bakalım.

Lazerin teorik temeli

Uyarılmış radyasyon teorisi, 1917 yılında einstein'ın öne sürdüğü lazer üretiminin temelidir. Düşük enerji durumuna ve üst enerji durumuna karşılık gelen lazer kazanç ortamında S1 ve S2 iki enerji seviyesi vardır.Sırasıyla lazer geçişinin. Aralarındaki enerji farkı % E2-E1, hν 'ye eşittir. Sistem enerji seviyesi S1 olduğunda ve enerji hν ile fotonlar tarafından ışınlandığında, fotonları emmek ve enerji seviyesine geçiş yapmak için belirli bir olasılık vardır. Bu sürece uyarılmış emilim denir. Sistem enerji seviyesi S2 olduğunda, enerji seviyesine S1 atlayacağı ve floresan foton hν serbest bırakacağı kesin bir olasılık vardır. Bu süreç spontan emisyona denir. Sistem enerji seviyesi S2 ise ve hν tarafından ışınlanmışsa, olay fotonu olarak aynı frekans, faz 1 ve yayılma yönü ile bir foton serbest bırakmak için belirli bir olasılık vardır. Bu sürece uyarılmış radyasyon denir. S2 enerji seviyesinde çok sayıda molekül içeren böyle bir kazanç ortamı iki zıt paralel ayna arasına yerleştirilirse, bazı floresan fotonlar aynalara dik olarak uyarılmış radyasyon ile kendiliğinden uyarılmış salınım oluşturmak için çoğaltılabilir, böylece lazer ışığı yayar. Rezonans boşluğunun sol ucundaki optik eleman, belirli bir geçirgenliğe sahip yansıtıcı bir yüzeye eşdeğer olan çıkış kuplörüne denir. Ve rezonans boşluğundaki lazerin çıkışıdır.

Lazer üretiminin anahtarı

Genel olarak, uyarılmış radyasyon o kadar zayıftır ki, gözlemlemek bile zordur, lazer üretmek için kullanalım. Bir madde termal dengede olduğunda, enerji seviyelerindeki moleküllerin dağılımı Boltzmann dağıtımına uymaktadır. Düşük enerji durumundaki N1 partiküllerinin sayısı S1, üst enerji durumundaki N2 partiküllerinin sayısından çok daha büyüktür. Ve hν fotonların emilimi, uyarılmış radyasyondan çok daha büyüktür, bu nedenle makroskopikal olarak optik sinyalleri gerçekleştirmek imkansızdır. Lazer üretiminin anahtarı, partikül sayısının inversiyonunda bulunur, böylece N2>N1. Şu anda, lazer çalıştığı zaman, belirli bir enerji seviyesinde parçacık numarasının inversiyonunu gerçekleştirmek için uygun uyarma (pompalama) yöntemini benimsemek gerekir.

Boya lazerini örnek olarak alarak, bu kağıt parçacık numarası inversiyonunu nasıl gerçekleştireceğini tanıtır. Lazerin kazanç ortamı organik boya çözümüdür. Yaygın olarak kullanılan boyalar, mavi ve mor bantlarda coumarin, kırmızı ve sarı bantlarda rhodamine vb. Içerir. Organik boyaların lazer geçişi esas olarak S0 ve S1 singlet eyaletlerinin enerji bantlarında gerçekleşir. Bu iki enerjiBantlar, çözeltideki çarpışma genişlemesi nedeniyle sürekli olarak kabul edilebilen birçok dönme ve titreşim enerji seviyesinden oluşur. Lazer üretimi sürecinde, boya molekülleri pompa ışığı tarafından S0 bandının alt enerji seviyesinden S1 bandına geçiş için ışınlanır. Ve sonra hızlı bir şekilde S1 alt enerji seviyesine radyasyonsuz olarak geçiş, yani lazer geçişinin üst enerji durumu. Lazer geçişinde, moleküller S0 enerji bandında belirtilen enerji seviyesine geçer ve fotonları serbest bırakır ve daha sonra S0 enerji bandının alt enerji seviyesine hızlı bir şekilde geçer. Lazer geçişinin üst enerji durumu S2 uzun bir has re sahip olduğundan, S1 ömrü çok kısa ve pompa ışığının etkisi altında, çok sayıda molekül üst enerji durumu S2 için heyecanlıdır, bu nedenle nüfus inversiyonu gerçekleştirilebilir. Aynı zamanda lazer üretimi, boya molekülleri S1 bant üretim sistemleri arasında çapraz, t1'de uzun ömürlü üçlü sistemi girin ve lazer verimliliğini etkileyen lazer geçiş döngüsünü bırakın. Bu nedenle, boya lazeri çalışırken,Boya çözümünü geri dönüştürmek için gereklidir.

Lazer dalga boyu

Birçok lazerin iyi monokromatikliği vardır, yani çıkış ışığının spektral bant genişliği dardır. Lazerin çıkış spektrumunun dar olup olmadığı aşağıdaki faktörlerle ilgilidir. Her şeyden önce, lazer kazanç ortamı ve pompalama modu hangi dalga boyu bant fotonlarının çoğaltılabileceğini belirler. Gaz lazer, excimer lazer ve Nd:YAG lazer gibi kazanç ortamı, az enerji seviyelerine ve dar enerji dağıtımına sahip, doğal olarak dar çizgi genişliğine sahip lazer üretir. İkincisi, lazerin monokromatikliği rezonans boşluğu ile ayarlanabilir. İyi monokromatisite ile lazer üretmek gerekiyorsa, belirli spektral bileşenleri yükseltmek için rezonans boşluğundaki farklı spektral bileşenlerin zayıflamasını ayarlamak gerekir.