Ny fitsipiky ny asa tamin'ny laser: mampiavaka ny tamin'ny laser taratra

Ny fitsipika voalohany amin'ny asa ny tamin'ny laser, izay miorina amin'ny fizika taratra ny Planck ny lalàna, amin'ny teoria, Einstein tamin'ny 1917 no nanamarinana. Nolazainy ny hisakana ny fiasan'ireny, tonga ho azy ary nanaitra taratra mampiasa herinaratra mety coefficients (Einstein coefficients).

trailblazers

Teodor Meyman no voalohany mampiseho ny fitsipiky ny asa ny Ruby tamin'ny laser, miorina amin'ny Optical pumping mampiasa jiro tselatra synthetic Ruby, miteraka taratra ny maha- amin'ny halavan'ny onjam-694 nm.

Tamin'ny 1960, ny mpahay siansa Iraniana Javana sy Bennett namorona ny mandatsa-dranomaso voalohany lasers mampiasa mixtures ny izy sy Ne gaza tao amin'ny tahan'ny ny 1:10.

Tamin'ny 1962, R. N. Hall manao voalohany diode tamin'ny laser vita amin'ny gallium arsenide (GaAs), emitting amin'ny halavan'ny onjam-850 nm. Taty aoriana taona io, Nick Golonyak lasa voalohany Semiconductor atsangana hitondra gropy ny hazavana hita maso.

Ny fitaovana sy ny fitsipiky ny lasers

Tamin'ny laser rafitra tsirairay dia ahitana mavitrika optically fitaovana napetraka eo amin'ny mpivady tena mitovy sy misaintsaina fitaratra, iray amin'ireo izay translucent, ary ny loharano ho an'ny pumping hery izany. Amin'ny maha mpanelanelana ny harena dia afaka manao zavatra amin'ny maha-mafy orina, mitete na mandatsa-dranomaso, na dia manana ny fahafahana hanamafy ny amplitude ny mazava onja mandalo azy anatiny amin'ny herinaratra na Optical pumping taratra. Ny fananana dia apetraka eo amin'ny mpivady ny fitaratra ka dia hita taratra mazava amin'ny azy ireo isaky ny mandalo izy, ary, rehefa nahatratra ny fitomboana lehibe, dia tafiditra ny antsasaky ny fitaratra.

Duplex tontolo iainana

Diniho ny fitsipiky ny asa tamin'ny laser miaraka amin'ny fitaovana mavitrika izay ataoma manana sehatra roa ihany angovo: E mientanentana E ₂ sady ratsy _1. Raha ny ataoma alalan'ny pumping misy rafitra (Optical, herinaratra amin'izao fotoana izao, na marary mitsika transmittance elektronika daroka baomba) dia faly ny fanjakana E _2, ao nanoseconds vitsivitsy izy ireo hiverina any an-toerana fototra, mamirapiratra angovo photons hν = E ₂ - E _1. Araka ny Einstein ny teoria, ny émission dia vokarina any fomba roa samihafa: na izany no nahatonga iray photon, na izany mitranga tsitrapo. Ao amin'ny tranga teo aloha, mandrisika émission mitranga ary ny faharoa - tonga ho azy. Amin'ny mafana equilibrium, ny mety ho mandrisika émission dia be lalina noho ny tampoka (1:10 ^33), ka dia tsy mazava hazavana mahazatra ny ankamaroan'ny loharanom-baovao, ary lasing azo atao ao amin'ny toe-piainana hafa ankoatra equilibrium mafana.

Na dia eo aza ny tena mafy mponina pumping-ambaratonga ihany ny rafitra misy azo ampitahaina. Noho izany, mba hahazoana ny mponina inversion na fomba hafa Optical pumping mitaky three- na efatra-anivon'ny rafitra.

multi-anivon'ny rafitra

Inona no fitsipiky ny ny telo-lenta tamin'ny laser? Ny irradiation ny mafy fahazavan'ny matetika ν ₀₂ mitempo manosika ny maro ny ataoma avy amin'ny ambaratonga ambany indrindra angovo E ₀ sy E ₂ ny ambony. Radiationless tetezamita amin'ny ataoma E ₂ ny E ₁ mametraka ny mponina inversion eo E ₁ sy E _0, izay eo amin'ny fampiharana ihany no azo atao, raha ny ataoma dia ela ao amin'ny metastable panjakana E _1, ary ny fandalovana amin'ny E ₁ ny E ₂ mitranga haingana. Ny fandidiana fitsipiky ny iray tamin'ny laser ambaratonga telo-dia ireo toe-javatra, hany ka eo anelanelan'ny ₀ sy E E _1, ny mponina dia nahavita inversion ary naparitaka photon angovo E ₁ -MG ₀ mandrisika émission. Ambaratonga midadasika kokoa E ₂ afaka mampitombo ny hisakana ny fiasan'ireny isan-karazany ny halavan'ny onjam mahomby kokoa mba fenoy, niafara tamin'ny fampiroboroboana ny mandrisika émission.

Telo-anivon'ny mitaky rafitra avo dia avo pumping fitondrana hatramin'ny ambaratonga ambany, dia tafiditra ao amin'ny taranaka, dia lehilahy iray tena ratsy. Amin'ity tranga ity, mba mponina inversion tonga tamin'i ny fanjakana E ₁ ho pumped mihoatra ny antsasaky ny isan'ny ataoma. Amin'ity tranga ity, dia very maina ny angovo. Ny heriny dia tsy azo paompy nihena be raha lasing ambaratonga ambany dia tsy ny tena ratsy, izay mitaky efatra, fara fahakeliny, ny rafitra-lenta.

Arakaraka ny toetry ny fananana ny mpanao, ny lasers dia sokajiana ho sokajy telo fototra, izany hoe mafy orina, ranoka sy ny gazy. Nanomboka tamin'ny 1958, rehefa nandinika voalohany dia taranaka tao amin'ny Ruby vato krystaly, mpahay siansa sy mpikaroka no nianatra isan-karazany ny fitaovana isaky ny sokajy.

mafy orina-panjakana tamin'ny laser

Ny hetsika dia mifototra amin'ny fampiasana ny fitaovana mavitrika izay niforona amin'ny alalan'ny fanampiana ny miaro kristaly tetezamita makarakara vy (Ti ^+3, Cr ^+3, V ^+2, Co ^+2, Ni ^+2, Fe ^+2, sy ny sisa. D.) , ny tany tsy fahita firy ions (Ce ^+3, Pr ^+3, Nd ^+3, Pm ^+3, Sm ^+2, Eu ^{+ 2, + 3,} Tb ^+3, Kat ^+3, Ho ^+3, Er ^+3, Yb ⁺³ , et al.), ary ny actinides toy ny U ^+3. Ny tahan'ny angovo avy amin'ny ions tompon'andraikitra ihany ho an'ny taranaka. Ara-batana tena ratsy toetra mampiavaka ny fitaovana, toy ny mafana conductivity sy mafana fanitarana no zava-dehibe ho an'ny mahomby fiasan'ny ny tamin'ny laser. Location makarakara ny ataoma manodidina ny doped Ion haavon'ny miova ny angovo. Halava samy hafa ny taranaka ahevaheva eo amin'ny fitaovana mavitrika dia tratra amin'ny fitaovana isan-karazany nanatrika ny ao amin 'ny Ion.

holmium tamin'ny laser

Ohatra iray ny mafy orina-panjakana tamin'ny laser dia atsangana hitondra gropy, izay holmium Atom manolo ny fototra ara-nofo ny krystaly makarakara. Ho: YAG dia iray amin'ireo tsara indrindra lasing fitaovana. Ny fitsipiky ny miasa ny holmium tamin'ny laser dia yttrium aluminium garnet doped amin'ny holmium ions, optically pumped ny Flash jiro sy ny Mamoaka amin'ny halavan'ny onjam-2097 nm ao amin'ny infrared tsara isan-karazany dia variana amin'ny sela. Ampiasao izany ho an'ny hetsika tamin'ny laser ny tonon-taolana, nify fitsaboana, mba vaporize kansera ny sela, voa sy ny gallstones.

A Semiconductor atsangana hitondra gropy

Atsangana hitondra soa lasers dia lafo, mamela ny famokarana faobe ary mora scalable. Ny fitsipiky ny miasa ny Semiconductor tamin'ny laser mifototra amin'ny ny fampiasana ny PN-diode Junction, izay mamokatra hazavana ny sasany ny halavan'ny onjam recombination ny mitondra amin'ny tsara fitongilanana, toy ny LED. LED ataon-drizareo tampoka sy tamin'ny laser diodes - compulsively. Mba hanatanterahana ny toe-javatra mponina inversion, ny fandidiana ankehitriny dia tokony hihoatra ny tokonam-baravarana. Ny fitaovana mavitrika tao amin'ny Semiconductor diode manana fahitana ny fifandraisana faritra roa-amin'ny lafiny sosona.

Ny fitsipiky ny fiasan'ny io karazana tamin'ny laser no soa tokony ho foana tsy oscillations ivelany fitaratra no ilaina. Ny fahaizana hisainana, noforonina noho ny refractive Fanondroana sosona sy anatiny taratry ny fitaovana miasa, dia ampy ho tanjona izany. Ny faritra farany hikambana diodes izay mifanindran-dalana manome taratry faritra.

Ny iombonana amin'ny ahitàna ny Semiconductor ara-nofo ny mitovy karazana dia antsoina hoe homojunction, izay naorin'i mampifandray roa samy hafa - heterojunction.

Semiconductors ny t sy n karazana amin'ny hakitroky ny mpitondra avo mamorona t-n-fihaonan'ny amin'ny tena manify (≈1 mm) lany sosona.

entona tamin'ny laser

Ny fitsipiky ny asa sy ny fampiasana io karazana tamin'ny laser dia ahafahana mamorona hevitry saika misy fahafahana (avy amin'ny milliwatts ny megawatts) sy ny onjam-(avy amin'ny taratra manimba ny infrared), ary afaka miasa amin'ny fomba pulsed sy mitohy. Miorina amin'ny ny toetry ny haino aman-jery ny miasa, dia misy karazany telo ny entona lasers, izany hoe atomika, ionic sy ny molekiolan'ny.

Mandatsa-dranomaso ny ankamaroan'ny lasers pumped ny herinaratra fitsihany. Ny elektrôna fantsona ao amin'ny marary mitsika dia haingana ny herinaratra eo amin'ny electrodes saha. Izy ireo collide amin'ny ataoma, ions na ny molekiola ao mavitrika fitaovana sy hitarika ny tetezamita angovo ambaratonga ambony mba hahazoana ny toetry ny mponina inversion sy nanaitra émission.

molekiolan'ny tamin'ny laser

Ny foto-kevitry ny hetsika tamin'ny laser dia mifototra amin'ny ny hoe, tsy toy ny mitokana ataoma sy ny ions amin'ny atomika sy Ion lasers molekiola manana angovo malalaka famatoran 'ny discrete angovo ambaratonga. Ankoatra izany, isaky ny ambaratonga angovo elektronika manana maro vibrational ambaratonga, ary ireo indray kosa - rotational vitsivitsy.

Ny angovo eo amin'ny sehatra elektronika angovo ao amin'ny faritra hita maso UV sy ny karazany, raha mbola eo ny vibrational-rotational sehatra - ao amin'ny lavitra na ny akaiky infrared faritra. Araka izany, ny ankamaroan 'ny molekiolan'ny lasers miasa ao lavitra na akaiky-infrared faritra.

excimer lasers

Dia toy izany Excimers molekiola tahaka ArF, KrF, XeCl, izay voazarazara fanjakana tany milamina sy ny sehatra voalohany. Ny fitsipiky ny fiasan'ny ny tamin'ny laser manaraka. Matetika, ny isan'ny ao amin'ny tany toetry ny molekiola kely, toy izany koa ny pumping mivantana avy amin'ny tany dia tsy azo atao fanjakana. Ny molekiola niforona tamin'ny voalohany faly elektronika iombonana amin'ny fanjakana iray manana avo angovo halides amin'ny inert gazy. Ny mponina inversion dia tratra mora foana ny isan'ny hatramin'ny molekiola amin'ny ambaratonga fototra iva loatra, raha oharina amin'ny ny faly. Ny fitsipiky ny asa tamin'ny laser, Raha fintinina, dia mba hidirana avy amin'ny voafehy faly elektronika fanjakana ny fanjakana tany dissociative. Ny mponina amin'ny tany foana fanjakana amin'ny ambaratonga ambany, satria Tamin'io fotoana io ny molekiola dissociate ho ataoma.

Ny fitaovana sy ny lasers dia ahitana fitsipika ao fa ny marary mitsika dia feno fantsona ny misy pentimpentina ny halide (F ₂₎ sy tsy fahita firy mandatsa-dranomaso (Ar). Ny elektrôna tao dissociate sy ionize ny halide molekiolan'ny sy mamorona ions ratsy. Tsara ions Ar ⁺ sy ny ratsy F ^- mihetsika sy mamokatra ArF molekiola voalohany tao amin'ny fanjakana faly miaraka amin'ny manaraka tetezamita ho any amin'ny fototra fanjakana vaika sy maharesy lahatra taranaka taratra. Excimer tamin'ny laser, ny fitsipiky ny asa sy ny fampiasana izay mihevitra izao, azo ampiasaina ny pumping ny mpanao fitaovana ny loko.

rano tamin'ny laser

Ampitahaina amin'ny solids, ranon-javatra kokoa, ary manana homogeneous ambony hakitroky ny mpanao ataoma, raha oharina amin'ny etona. Ankoatra izany, dia tsy sarotra ny mamokatra, mamela mora hafanana fanaranam-po, ary mora azo soloina. Ny fitsipiky ny asa ny tamin'ny laser no ampiasaina ho toy ny vola aman-karena mpanelanelana ny organika loko, toy ny DCM (4-dicyanomethylene-2-methyl-6-p- dimethylaminostyryl-4H-pyran), rhodamine, styryl, Olomasin'ny Andro Farany, coumarin, stilbene, sy ny toy izany. D ., levona amin'ny mety solvent. Ny vahaolana ny loko molekiolan'ny dia faly ny halavan'ny onjam taratra izay manana coefficient hisakana ny fiasan'ireny tsara. Ny fitsipiky ny asa tamin'ny laser, Raha fintinina, dia ny hiteraka intsony amin'ny halavan'ny onjam, antsoina hoe fluorescence. Ny maha samy hafa ny angovo avoakan'ny photons hifantoka tanteraka ka nampiasa angovo nonradiative heats fiovana sy ny rafitra.

Malalaka kokoa ny tarika fluorescence ranon-javatra lasers manana endri-javatra tsy manam-paharoa - halavan'ny onjam Tuning. Ny fitsipiky ny asa sy ny fampiasana ny karazana io ho toy ny tunable tamin'ny laser ary ny loharano mazava milamina tsara, no lasa zava-dehibe hatrany amin'ny spectroscopy, holography, ary amin'ny fampiharana biomedical.

Vao haingana, lasers no nampiasaina mba handokoana ny lamba ho isotope fisarahana. Amin'ity tranga ity, ny tamin'ny laser fantenana manaitaitra ny iray tamin'izy ireo, ka nahatonga fanehoan-kevitra manomboka ny simika.