Как работатет лазер.

4 декабря 20204 дек 2020

5 мин

Оглавление

Устройство лазера.
Основные виды лазеров.
Применение.

Устройство лазера.

Лазер – это устройство, преобразующее энергию закачки в энергию конкретного поляризационного, монохроматического и узконаправленного светового излучения.

Работа лазера основана на принципе вынужденного излучения. Суть данного принципа в том, что при попадании фотона в атом, атом излучит когерентный фотон (такой же, как и начальный) без поглощения начального фотона, и мы получим усиление света. Это произойдёт, если энергия возбуждающего фотона равна разности энергий атома до и после возбуждения.

Вероятность того, что случайный фотон вызовет индуцированное излучение возбуждённого атома, в точности равняется вероятности поглощения этого фотона атомом, находящимся в невозбуждённом состоянии. Поэтому для усиления света необходимо, чтобы возбуждённых атомов в среде было больше, чем невозбуждённых.

Первоначальным источником является спонтанное излучение, а нам необходима преемственность фотонов. Для этого активная среда лазера помещается в так называемый резонатор. В простейшем случае он представляет собой пару зеркал, расположенных друг напротив друга. При отражении от зеркал пучок света производит индуцированные переходы. Работа лазера может быть непрерывной или импульсной. С помощью различных инструментов можно включать и отключать механизм индукции излучения, изменяя таким образом частоту импульсов и соответственно изменяя их мощность.

Луч лазера поляризован, для этого в среду вводят специальные поляризаторы, это позволяет делать луч направленным.

Лазер, как устройство состоит из тела (рабочей среды), источника энергии (системы накачки) и резонатора.

Рабочая среда может быть представлена твёрдым телом, жидкостью газом или плазмой.

Система накачки может быть реализована с помощью солнечного света или газоразрядных ламп (источник света, излучающий энергию в видимом диапазоне. Физическая основа — электрический разряд в газах) (оптическая), излучения другого лазера, электрическим разрядом или протеканием химических реакций непосредственно в самом теле и т.д.

Резонатор помимо обеспечения преемственности фотонов поддерживает гармонические волны (стоячие волны (интерференция волн, распространяющихся в разных направлениях, слабо распространяющих или не распространяющих энергию)) резонатора и подавляет другие.

Основные виды лазеров.

Разделение лазеров на виды основано на составе их рабочей среды.

Твердотельный лазер - активной средой в таких лазерах являются диэлектрические кристаллы, а также специальные стёкла. Приблизительно несколько сотен кристаллов может использоваться, как тело такого лазера. Накачка оптическая и от вспомогательных лазеров.

Жидкостные лазер - активная среда представлена растворами органических красителей или специальной жидкостью, активированными редкоземельными элементами. Известно около ста таких материалов. Накачка газоразрядными лампами, оптическая.

Газовые лазеры – активная среда – смесь газа и пара. Накачка газоразрядными лампами, оптическая, заряженными частицами. В зависимости от системы накачки газовые лазеры разделяют на газоразрядные лазеры, газовые лазеры с оптическим возбуждением и возбуждением заряженными частицами.

Полупроводниковые лазеры – твердотельный лазеры, телом в которых является полупроводник. В отдельный вид выделяют потому что их работа основа на другом принципе – излучательные переходы происходят не между уровнями энергии атомов, а между разрешёнными энергетическими зонами. Разрешённые и запрещённые энергетические зоны образуются из-за дискретности пространства (принцип по которому в пространстве все точки изолированы друг от друга в некотором смысле) и наличия пространственной модуляции (процесс изменения одного или нескольких пространственных параметров)потенциала. Сами межзонные переходы - это переходы, происходящие без изменения квазиимпульса электрона и с изменением его, квазиимпульс – это векторная величина, характеризующая состояние квазичастицы (понятие из квантовой механики введение которого позволяет существенно упростить описание сложных квантовых систем со взаимодействием, таких как твёрдые тела и квантовые жидкости (жидкость, свойства которой определяются квантовыми эффектами)). Накачка электрическим током, электрическим пучком или электромагнитным излучением.

Применение.

Лазеры применяются в быту (проигрыватели компакт, CD дисков, принтеры, считыватели штрих-кодов), механической обработке (сварка, резка, пайка, гравировка), метрологии, химии, голографии, связи, энергетике (термоядерный синтез).

*Данная статья сугубо ознакомительная и не даёт полного представления.

Источники: https://studfile.net/preview/845443/page:24/ - основные типы лазеров.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D1%83%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B9_%D0%BB%D0%B0%D0%B7%D0%B5%D1%80- полупроводниковый лазер.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B0%D0%B7%D0%B5%D1%80 - статья про лазер.

http://www.laserportal.ru/content_507 - ещё статья про полупроводниковый лазер.

https://studfile.net/preview/6445392/page:2/ - Межзонные переходы.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B2%D0%B0%D0%B7%D0%B8%D0%B8%D0%BC%D0%BF%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%81 - квазиимпульс.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B2%D0%B0%D0%B7%D0%B8%D1%87%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B8%D1%86%D0%B0 - квазичастица.

https://studfile.net/preview/419836/page:11/ - разрешённые и запрещённые энергетические зоны.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D1%81%D0%BA%D1%80%D0%B5%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE - дискретное пространство.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%B4%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%86%D0%B8%D1%8F - модуляция.

https://www.ngpedia.ru/id161265p1.html - пространственная модуляция.