Как производится лазер?

ЛазерныйЯвляется великим изобретением в 20 веке, и его называют самым быстрым ножом, самой точной линейкой и самым ярким светом. Лазер (усиление света стимулированным излучением излучения), что означает стимулированное усиление света излучения, описывает принципЛазерная генерация. Далее, давайте посмотрим на то, как производится лазер.

Теоретические основы лазера

Теория стимулированного излучения лежит в основе лазерной генерации, которую выдвинул Эйнштейн в 1917 году. В среде усиления лазера есть два энергетических уровня S1 и S2, которые соответствуют нижнему энергетическому состоянию и верхнему энергетическому состоянию.Лазерного перехода соответственно. Разность энергий E2-E1 между ними равна hν. Когда система находится на энергетическом уровне S1 и облучается фотонами с энергией hν, она имеет определенную вероятность поглощения фотонов и перехода на энергетический уровень S2. Этот процесс называется стимулированным поглощением. Когда система находится на энергетическом уровне S2, существует определенная вероятность того, что она прыгнет на энергетический уровень S1 и выпустит флуоресцентный фотон hν. Этот процесс называется спонтанной эмиссией. Если система находится на энергетическом уровне S2 и облучается hν, она имеет некоторую вероятность выпустить фотон с той же частотой, фазой 1 и направлением распространения, что и падающий фотон. Этот процесс называется стимулированным излучением. Если такую усиливающую среду, содержащую большое количество молекул на уровне энергии S2, поместить между двумя противоположными параллельными зеркалами, некоторые фотоны флуоресценции, перпендикулярные зеркалам, могут быть усилены стимулированным излучением с образованием самовозбужденных колебаний, испуская таким образом лазерный свет. Оптический элемент на левом конце резонансной полости называется выходной муфтой, которая эквивалентна отражающей поверхности с определенным коэффициентом пропускания и является выходным отверстием лазера в резонансной полости.

Ключ к лазерной генерации

Как правило, стимулированная радиация настолько слаба, что ее даже трудно наблюдать, не говоря уже об использовании ее для генерации лазера. Когда вещество находится в тепловом равновесии, распределение молекул по энергетическим уровням подчиняется распределению Больцмана. Число частиц N1 в более низком энергетическом состоянии S1 намного больше, чем число частиц N2 в высшем энергетическом состоянии S2, а поглощение hν фотонов намного больше, чем поглощение стимулированного излучения, поэтому невозможно реализовать оптические сигналы макроскопически. Ключ лазерной генерации заключается в инверсии числа частиц, так что N2>N1. В настоящее время, когда лазер работает, необходимо принять соответствующий метод возбуждения (накачки), чтобы реализовать инверсию числа частиц на определенном энергетическом уровне.

На примере лазера на красителе в этой статье рассказывается о том, как реализовать инверсию числа частиц. Среда усиления лазера-раствор органического красителя. Обычно используемые красители включают кумарин в синих и фиолетовых полосах, родамин в красных и желтых полосах и т. Д. Лазерный переход органических красителей в основном происходит в энергетических полосах синглетных состояний S0 и S1. Эти две энергииПолосы состоят из многих уровней вращательной и вибрационной энергии, которые можно рассматривать как непрерывные из-за расширения при столкновении в растворе. В процессе генерации лазера молекулы красителя облучаются светом накачки для перехода с нижнего энергетического уровня диапазона S0 в диапазон S1, а затем быстро переходят на нижний энергетический уровень S1 через неизлучение, то есть в верхнее энергетическое состояние лазерного перехода. При лазерном переходе молекулы переходят на заданный энергетический уровень в энергетическом диапазоне S0 и высвобождают фотоны, а затем быстро переходят на нижний энергетический уровень энергетического диапазона S0. Поскольку верхнее энергетическое состояние S2 лазерного перехода имеет длительный срок службы, в то время как срок службы S1 очень короткий, и под действием света накачки большое количество молекул возбуждается до верхнего энергетического состояния S2, поэтому инверсия населенности может быть реализована. В то же время поколения лазера, молекулы краски пересекают между системами поколения диапазона С1, входят систему триплет с длинной жизнью в Т1, и выходят цикл перехода лазера, который влияет на эффективность лазера. Поэтому, когда лазер на красителе работает, этоНеобходимо повторно использовать красящий раствор.

Длина волны лазера

Многие лазеры имеют хорошую монохроматичность, то есть спектральная полоса пропускания выходного света узкая. Является ли выходной спектр лазера узким или нет, зависит от следующих факторов. Прежде всего, среда усиления лазера и режим накачки определяют, какие фотоны диапазона длин волн могут быть усилены. Такие усиливающие среды, как газовый лазер, эксимерный лазер и Nd:YAG-лазер, которые имеют разреженные энергетические уровни и узкое распределение энергии, естественным образом производят лазер с узкой шириной линии. Во-вторых, монохроматичность лазера может регулироваться резонансной полостью. Если необходимо изготовить лазер с хорошей монохроматностью, необходимо установить затухание различных спектральных компонентов в резонансной полости для усиления конкретных спектральных компонентов.