Cтраница 4
Действие лазера в хирургии, будь то в качестве режущего инструмента или коагулятора, базируется на превращении электромагнитной энергии лазерного луча в тепловую энергию. [46]
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. [47]
Такие состояния и соответствующие им уровни называют етастави ькыли, а вещество - лазерным веществом или активной средой. Весь механизм действия лазера и состоит в том, чтобы накопить возможно больше эгэргии на таких метастабильных уровнях, а затем выплеснуть ее разом. Следовательно необходимо забросить на эти метастабильные уровни достаточное число атомов. Для эг: ого используют оптическую накачку. [48]
Однако, чтобы эта простейшая схема работала, необходимо перевести более 50 % атомов из основного состояния в возбужденное. Во втором методе действие лазера осуществляется на переходах между двумя возбужденными состояниями. Получить инверсную заселенность таким способом гораздо легче, особенно если возможна быстрая релаксация нижнего возбужденного состояния в основное состояние. [49]
Поэтому предпочитают сводить действие лазера только к созданию облака паров вещества, а возбуждение атомов проводить с помощью дополнительного источника. В этом случае стараются подобрать такой режим работы лазера и такую плотность мощности в фокальном пятне, чтобы факел был бы низкой спектральной яркости, а плотность атомных паров максимальна. [50]
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. [51]
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. [52]
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. [53]
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. [54]