Принцип - действие - лазер
Cтраница 2
 |
Схема нарастания фотонной лавины при стимулированном излучении. [16] |
Это явление лежит в основе принципа действия лазеров. Для того чтобы создать условия, при которых происходит преимущественно вынужденное излучение, необходимо применить очень высокий уровень инжекции. [17]
Прежде чем ознакомиться с устройством и принципом действия лазера, рассмотрим некоторые вопросы взаимодействия света с веществом. [18]
Напомним и кратко опишем на интуитивной основе принципы действия лазера. Любой лазер содержит совокупность атомов или молекул ( активная среда), возбуждаемых источником энергии ( накачка) и находящихся внутри объемного резонатора, который обеспечивает обратную связь. Спонтанное излучение активной среды отражается от граничных зеркал резонатора и проходит через активную среду, где оно усиливается благодаря дополнительному вынужденному излучению. Вклады вынужденного излучения от различных прохождений через активную среду конструктивно интерферируют только для определенных частот, или мод. [19]
В 1977 г. Гоулду был выдан патент на некоторые аспекты принципа действия лазера. Но его работа не была опубликована и осталась неизвестной научной общественности. [20]
Более подробно, чем в основном курсе, рассматриваются в книге принципы действия лазеров и их практические применения, включая методы получения голографических изображений, вопросы строения атома и атомного ядра. Для приближения к современному уровню развития основных физических пред ставлений р свойствах окружающего мира в книге рассматриваются явления нелинейной оптики, проблемы структуры элементарных частиц, даются первоначальные сведения о волновых свойствах частиц и соотношении неопределенностей. [21]
Работа мазера также очень чувствительна к примесям и дефектам кристалла ( принцип действия мазера аналогичен принципу действия лазера. Поэтому исследование кристаллов рубина ( Сг3 в А1203) очень важно для работы мазеров и лазеров. Эти вредные явления, обусловленные примесями железа, наблюдаются даже при низких концентрациях его; установлено, что время релаксации Сг3 в кристаллах, полученных из пара и содержащих - 10 - 30о железа, значительно больше по сравнению с временем релаксации Сг3 в кристаллах, полученных в процессе плавления. Для флуоресценции особенно важно, чтобы возбуждение активного иона примеси было очень эффективным. Ионы: присутствуют в кристалле в таких низких концентрациях, что оптическими абсорбционными методами обнаружить их невозможно. В некоторых случаях ионы обнаруживают по флуоресценции благодаря эффективной передаче энергии ионам решеткой кристалла или поглощающими примесями. [22]
Описанный способ получения вынужденного изучения света с использованием трех уровней энергии ( трехуровневая схема) лежит в основе принципа действия лазеров. [23]
К принципиально новому типу источников когерентного света относятся оптические квантовые генераторы ( ОКГ), или лазеры, основанные на явлении индуцированного излучения. Принцип действия лазера заключается в том, что состояние равновесия ( при котором, как правило, число атомов на основном уровне всегда несколько больше, чем на более высоком энергетическом уровне) нарушается таким образом, чтобы на уровне с большей энергией находилось больше атомов по сравнению с более низким энергетическим уровнем. Такое состояние называется состоянием с отрицательной температурой, так как оно описывается законом Больцмана, а температура имеет отрицательный знак; при этом наблюдается потеря энергии атомами и увеличение мощности электромагнитной волны. [24]
Шавлов и Таунс предложили распространить принцип действия мазера на оптическую область, используя оптические переходы между электронными уровнями атомов. При попытках реализовать принцип действия лазера возникают новые по сравнению с мазером фундаментальные проблемы. Это связано в первую очередь с тем, что длина волны света мала по сравнению с любыми приемлемыми размерами резонатора. Следовательно, приходится осуществлять выделение нужной моды. Одна из возможностей такого выделения заключается в том, что убирают боковые стенки резонатора и используют просто два зеркала, расположенных параллельно друг другу на его концах. При этом образуется интерферометр Фабри - Перо, что было предложено Шавловом, Таунсом, Прохоровым и Дике. Прежде чем начнется процесс генерации лазерного излучения, возбужденные атомы спонтанно испускают свет во всех возможных направлениях. Благодаря указанному расположению зеркал в резонаторе будут существовать достаточно долго ( для эффекта вынужденного испускания) только те световые волны, которые распространяются в направлении, близком к оси лазера. Другие же моды не будут усиливаться. Такой механизм особенно эффективен, поскольку за счет вынужденного испускания усиливаются волны, которые имеют одни и те же направление, длину волны и поляризацию. Таким образом, интерферометр Фабри - Перо осуществляет сильную дискриминацию мод по их временам жизни в резонаторе. [25]
При достаточно интенсивном возбуждении ( так называемой накачке) можно одновременно перевести на метаста-бильный уровень большую часть атомов; таким образом происходит накопление энергии. На этом основан принцип действия лазера. [26]
Слово лазер составлено из начальных букв английского выражения light amplification by stimulated emission of radiation, означающего усиление света с помощью излучения. Как увидим в дальнейшем, принцип действия лазеров основан на квантовых свойствах ( дискретность энергетических уровней) атомов. Происхождение названия квантовый генератор связано именно с этим обстоятельством. [27]
Электроны проводимости движутся из материала tt - типа в материал р-типа при наличии смещения, поэтому в материале р-типа существует область толщиной порядка 1 - 10 мкм, в которой зона проводимости занята, а в валентной зоне имеются дырки. Это приводит к инверсии населенностей, на которой основан принцип действия лазера. [28]
Электроны проводимости движутся из материала n - типа в материал р-типа при наличии смещения, поэтому в материале р-типа существует область толщиной порядка 1 - 10 мкм, в которой зона проводимости занята, а в валентной зоне имеются дырки. Это приводит к инверсии населенностей, на которой основан принцип действия лазера. [29]
 |
Принципиальная схема лазера. Входной сигнал усилителя А определяется как внешним источником X, так и ( через обратную связь F выходным сигналом V. [30] |
Страницы: 1 2 3