Etusivu > Uutiset > Sisältö

Miten laser tuli?

Oct 27, 2018

Vuonna 1960 maailman ensimmäinen keinotekoinen laser läpäisi Kalifornian Sis Labin rauhan, ja Theodore Mehmanin keksimä rubiinilaser avasi oven ihmisen luomiselle lasereille ja lasereiden käyttöä maailman muuntamiseksi. Viimeisten viidenkymmenen vuoden aikana laser-tieteen kehitys on ollut nopeaa, ja laserteknologian suosio ja soveltaminen on myös tullut ihmisten elämään kaikilta osin. Mutta useimmat ihmiset tietävät vain, että laserilla on tällainen tarkoitus, mutta he eivät tiedä, miten laser tuli. Siksi tämä artikkeli selittää lasermuodostuksen periaatteen suhteellisen yleisessä kielessä.

Ymmärrä lasermuodostuksen periaate ymmärtämään ensin energian taso. Yksinkertaisesti sanottuna energian taso on tila, jossa jokainen atomi (itse asiassa ekstranukleaarinen elektroni) kuljettaa tietyn määrän energiaa, ja eri energiatasot osoittavat, että atomin kuljettama energia on erilainen. Mitä korkeampi energian taso on, sitä korkeampi on ekstranukleaaristen elektronien energia, ja mitä helpompi on katkaista pois ytimestä. Ymmärtämisen vuoksi esimerkkinä on atomirakenteen yksinkertaisin vetyatomi.

n edustaa atomin energiatasoa E vastaavaa kvanttilukua. Kun n = 1, se ilmaisee energiatason vetyatomin tasaisessa tilassa, jota kutsutaan maadoitustilaksi (E1-taso). n = 2, 3, 4 jne. kutsutaan innostetuiksi tiloiksi (E2-energiataso, E3-energiataso, E4-energian taso jne.). Tanskalaisen fyysikon Bohrin teorian mukaan, kun atomi on vakaassa maaperässä, jos se on innoissaan ulkomaailmasta ja absorboi vastaavan ulkoisen energian, se hyppää korkeampaan energian tasoon muodostaen viritetyn tilan. Atomi on epästabiili viritetyssä tilassa. Kun atomi on viritetyssä tilassa, se siirtyy spontaanisti alemmalle energian tasolle. Yhden tai useamman siirtymän jälkeen tilaan, vastaava energia vapautuu matalan energian tasolle siirtymisen aikana. Tämä vastaava energia on tietyn taajuuden fotoneja, jotka voidaan laskea energian tason kaavion oikealla puolella olevasta arvosta ja fotonien energiasta E = hν = Em - En. h on fyysikon mittaama kiinteä arvo (Planck-vakio), ν on fotonin taajuus (taajuus, jolla fotoni vapautuu viritetystä tilasta maan tilaan, joka on ulkoisen säteilevän valon taajuus, joka on laser, kun laser muodostetaan, taajuus, joka määrittää laserin λ = c / ν, c aallonpituuden, on valon nopeus).

Kun olet ymmärtänyt energian tason rakenteen, katsotaan, miten laser muodostuu. Helpon ymmärtämisen vuoksi esimerkkinä on yksinkertaisin rubiinilaser. Rubiini-laser on solid-state-laser. Työaine on rubiini. Kristallimatriisi on Al203, joka on seostettu 0,05%: lla Cr203: a. Laserin vaikutus rubiinissa saavutetaan stimuloidulla Cr3 + -menetelmällä (kromi-ioni), joten Cr3 +: ta kutsutaan usein aktivoivaksi ioniksi, joka on rubiinissa tuotetun laserin "runko". Rubiinin, alumiinioksidin, pääkomponentti on vain kromi-ioneja sisältävä matriisi, jolla on vain epäsuora vaikutus laserin toimintaan. Sen energian tason rakenne on esitetty:

Kun pumpun valo syttyy rubiiniin, Cr3 + -ioni maanpinnassa absorboi tietyn aallonpituuden valon ja siirtyy E3-tasolle. Cr3 + -ionilla on hyvin lyhyt käyttöikä tällä energitasolla (erittäin epävakaa, noin 10-9 s), ja se kulkee nopeasti säteilyn siirtymän kautta (säteilymuutos viittaa energianvaihtoon ulkomaailman kanssa atomiyhteydellä, eli lämpöliike kristallin sisällä niin, että energian taso muuttuu, ei emittoi eikä absorboi fotoneja) siirtyy E2-tasolle. E2-energiatasolla on pitkä elinikä (noin 3 ms), jota kutsutaan metastabiiliksi energian tasoiksi, jolloin voidaan kerätä lisää Cr3 + -ioneja. Kun ulkoinen pumppu on tarpeeksi vahva, muodostuu E2-tason ja E1-tason väestön inversio, eli Cr3 + -ionien määrä E2-tasolla on suurempi kuin E1-taso. Kun populaation inversio on toteutettu, jokainen ulkoinen fotoni, jossa on energiaa hj, herättää atomin E2-tasolla, jotta se siirtyy maahan, ja vapauttaa fotoni energialla hj, ja kokonaisfonin energia muuttuu arvoksi 2, 2 muutokset 4, 4 muutokset 8 ... täten aikaansaadaan stimuloidun säteilyn vahvistuksen (vahvistuksen) prosessi. Koska optisella ontelolla on optisen vahvistuksen menetys, laser johdetaan vain silloin, kun stimuloidun säteilyvahvistuksen vahvistus on suurempi kuin laserin erilaiset häviöt.