Лазеры Принципы работы и типы лазеров. Основные принципы Лазер – квантовый генератор электромагнитных колебаний в оптическом (или околооптическом) диапазоне. - презентация

1 Лазеры Принципы работы и типы лазеров

2 Основные принципы Лазер – квантовый генератор электромагнитных колебаний в оптическом (или околооптическом) диапазоне частот I. Принцип усиления света в веществе (Фабрикант) II. Принцип обратной связи (Таунс, Прохоров, Басов)

3 Что такое атом? I. Ядро состоит из протонов и нейтронов (ядерные силы) II. Электроны движутся вокруг ядра по «электронным орбитам» III. Квантовая теория -> существуют только особые орбиты, соответствующие дискретному ряду энергий

4 Поглощение света Если поместить атом в электромагнитное поле определенной частоты, то оно может раскачать электрон и перекинуть его на другую орбиту (с большей) энергией На самом деле поле – поток фотонов с энергией E ф = h E1E1 E2E2 Если E ф = E 2 – E 1, то фотон поглотится, энергия поля уменьшится, а атома возрастет

5 Спонтанное излучение Если электрон на орбите, энергия которой не минимальна, то атом в возбужденном состоянии. Такой атом стремится понизить свою энергию и перейти на орбиту с минимально возможной для данного атома энергией (основное состояние) E1E1 E2E2 При этом энергия поля повышается, поскольку излучается фотон E ф = E 2 – E 1 Частота света, излученного при таком переходе E 2 – E 1 h

6 Вынужденное излучение Падающий на возбужденный атом фотон стимулирует переход на основной уровень При этом излучается фотон абсолютно идентичный первому (то же направление, та же частота) МЕХАНИЗМ УСИЛЕНИЯ СВЕТА!

7 Усилитель света Чтобы происходило усиление, а не ослабление число возбужденных атомов должно быть больше чем атомов в основном состоянии Инверсия населенности

8 Принцип обратной связи Сигнал с выхода подать на вход Тогда без сигнала на входе будет сигнал на выходе ГЕНЕРАТОР

9 Лазерный резонатор Резонатор обеспечивает положительную обратную связь и формирует лазерный луч

10 Типы лазеров Твердотельные лазеры: рубиновый ( CrAlO 3 ) – 694 nm Nd:YAG (Nd:Y 3 Al 5 O 12 ) – 1064 nm Накачка – криптоновые или ксеноновые лампы, полупроводниковые лазеры Импульсные и непрерывные Газовые лазеры гелий-неоновый (HeNe) – 633 nm CO 2 – nm аргоновый – 514 nm Накачка – газовый разряд Импульсные и непрерывные

11 Типы лазеров Эксимерные лазеры аргон-фтор ( ArF ) – 193 nm криптон-фтор (KrF) – 248 nm ксенон-хлор (XeCl) – 308 nm Накачка – разряд Импульсные Полупроводниковые лазеры 680, 800, 1300, 1500 nm Накачка – ток через p-n переход Импульсные и непрерывные Лазеры на красителях родамин 6G – nm Накачка – гармоники Nd:YAG лазера Импульсные (ячейка) и непрерывные (струя)