लेसर क्रिया तत्व: लेसर किरणे वैशिष्ट्ये

1917 मध्ये जे प्लांक किरणोत्सर्ग, कायद्याचे भौतिकशास्त्र आधारित आहे लेसर, सिद्धांत मध्ये क्रिया पहिल्या तत्त्व आइनस्टाइन नीतिमान ठरला. तो, शोषण वर्णन उत्स्फूर्त आणि संभाव्यता गुणक (आइनस्टाइन गुणक) वापरून इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक किरणे चालना.

trailblazers

Teodor Meyman प्रथम कारवाई तत्त्व ठेवावी होते एक दाट लाल रंग लेसर आहे, एक फ्लॅश दिवा कृत्रिम दाट लाल रंग वापरून ऑप्टिकल पंपिंग आधारित, 694 एनएम wavelength सह सुसंगत किरणे निर्माण.

1960 मध्ये, ईराणी शास्त्रज्ञ यावानचे आणि Hamish Bennett चा 1:10 या प्रमाणात तो आणि ईशान्य वायू मिश्रणावर वापरून प्रथम गॅस lasers तयार.

1962 मध्ये आर एन हॉल पहिल्या करते diode लेसर 850 एनएम wavelength येथे emitting, gallium arsenide (GaAs) बनलेले. नंतर त्याच वर्षी, निक Golonyak दृश्यमान प्रकाश पहिल्या सेमीकंडक्टर भाग जनरेटर विकसित केले आहे.

साधन आणि lasers तत्त्व

प्रत्येक लेसर प्रणाली सक्रिय मध्यम हलवू समांतर आणि अत्यंत परावर्तित मिरर एक जोडी जे एक अर्धपारदर्शक आहे, दरम्यान ठेवलेल्या, आणि तो उपसण्याची एक वीज स्रोत समावेश आहे. लाभ मध्यम प्रकाश लाट विद्युत किंवा ऑप्टिकल पंपिंग किरणे सह आंतरिक माध्यमातून उत्तीर्ण मोठेपणा शक्ती वाढवणे करण्याची क्षमता आहे जे एक घन, द्रव किंवा वायू, म्हणून काम करू शकता म्हणून. त्यांना प्रत्येक वेळी परावर्तित प्रकाश लक्षणीय वाढ पोचल्यामुळे तो जातो आणि, अर्धा आरसा आरपार की पदार्थ मिरर एक जोडी दरम्यान ठेवलेली आहे.

डुप्लेक्स वातावरण

ई उत्सुक ई ₂ आणि बेस _1: ज्या अणू फक्त दोन ऊर्जा पातळी आहे सक्रिय माध्यम लेसर क्रिया तत्त्व विचार _करा. तर कोणत्याही पंपिंग यंत्रणा (ऑप्टिकल, विद्युत स्त्राव चालू किंवा संप्रेषण इलेक्ट्रॉन भडिमार) द्वारे अणू एक राज्य ई ₂ करण्यास उत्सुक _{आहेत,} काही नॅनोसेकंदची ते मूलभूत स्थानावर, ऊर्जा फोटॉन उत्सर्जित होणाऱ्या परत hν = ई ₂ - ई _1. आइनस्टाइन सिद्धांत मते, उत्सर्जन दोन वेगवेगळ्या प्रकारे उत्पादन आहे: एकतर तो एक प्रकाशकण प्रेरित आहे, किंवा तो एकदम येते. माजी बाबतीत, चालना उत्सर्जन येते आणि दुसरा - उत्स्फूर्त. येथे औष्णिक स्थिरता, सर्वात परंपरागत विसंगत प्रकाश स्त्रोत, आणि lasing थर्मल समतोल पेक्षा इतर परिस्थितीमध्ये शक्य आहे जेणेकरून चालना उत्सर्जन ^{शक्यता,} उत्स्फूर्त (1:10 ³³⁾ खूपच कमी आहे.

एक फार मजबूत पंपिंग लोकसंख्या स्तरीय प्रणाली जरी फक्त समान केले जाऊ शकते. त्यामुळे लोकसंख्या उलटा क्रम किंवा इतर ऑप्टिकल पंपिंग पद्धत साध्य करण्यासाठी एक तीन- किंवा चार स्तरीय प्रणाली आवश्यक आहे.

मल्टि-स्तरीय प्रणाली

तीन-स्तरीय लेसर तत्त्व काय आहे? ν ₀₂ वारंवारता प्रखर प्रकाश विविकरणाची सर्वात कमी ऊर्जा पातळी ई ₀ आणि ई ₂ वरच्या पासून अणू मोठ्या प्रमाणात अप पंप. ई ₁ अणू ई ₂ Radiationless संक्रमण अणू एक metastable राज्य ई ₁ एक वेळ आहे तेव्हा सराव मध्ये फक्त शक्य आहे ई ₁ आणि ई ₀ लोकसंख्या उलटा _{क्रम,} आणि ₂ वेगाने होतो ई ₁ संक्रमण ई स्थापन करते. जेणेकरून ई ₀ आणि ई _{1 दरम्यान,} लोकसंख्या उलटा गाठला आहे आणि ₁ -e ₀ चालना उत्सर्जन अभाव आहे कणाची ऊर्जा ई तीन स्तरीय लेसर कार्य तत्त्व, या परिस्थितीमध्ये आहे. विस्तीर्ण पातळी ई ₂ चालना उत्सर्जन वाढ परिणामी, अधिक कार्यक्षमतेने पंप शोषण तरंगलांबी श्रेणी वाढवण्यासाठी नाही.

तीन स्तरीय प्रणाली कमी पातळी पासून एक अतिशय उच्च पंपिंग शक्ती आवश्यक पिढी गुंतलेली आहेत, तो एक पाया आहे. या प्रकरणात, लोकसंख्या उलटा करण्यासाठी राज्य ई ₁ आली अणू एकूण संख्या निम्म्यापेक्षा अधिक गुंतवणूक करणे. या प्रकरणात, ऊर्जा वाया जाते. कमी lasing पातळी बेस, किमान चार-स्तरीय प्रणाली आवश्यक आहे नाही तर पंप शक्ती मोठ्या मानाने कमी केला जाऊ शकतो.

सक्रिय पदार्थ निसर्ग आधारीत, lasers तीन मूलभूत श्रेण्या, म्हणजे घन, द्रव आणि वायू विभागले आहेत. 1958 पासून, पहिल्या पिढीच्या एक दाट लाल रंग क्रिस्टल मध्ये साजरा झाला, तेव्हा शास्त्रज्ञ आणि संशोधक प्रत्येक वर्गात साहित्य विस्तृत अभ्यास केला आहे.

घन-राज्य लेसर

ऑपरेशन सक्रिय मध्यम वापर एक insulating क्रिस्टल खिडकी संक्रमण धातू जोडून तयार केले जाते आधारित आहे (त्यामुळे ति ^+3, कोटी ^+3, व्ही ^{+ 2,} सहकारी ^{+ 2,} Ni ^{+ 2,} फे ^{+ 2,} आणि. डी) , दुर्मिळ पृथ्वी आयन (Ce ^+3, Pr ^+3, रा ^+3, दुपारी ^+3, एस.एम. ^{+ 2,} युरोपियन युनियन ^{+ 2 + 3,} टीबी ^+3, उप ^+3, हो ^+3, एर ^+3, यशवंतराव ⁺³ आणि अल.), आणि अशा यू ⁺³ म्हणून ^actinides. ऊर्जा पातळी आयन फक्त पिढी जबाबदार. अशा थर्मल क्षारता आणि बेस साहित्य भौतिक गुणधर्म, प्रसरण लेसर कार्यक्षम ऑपरेशन करण्यासाठी महत्त्वाचे आहेत. एक doped आयन सुमारे अणू स्थान खिडकी त्याच्या ऊर्जा पातळी बदलते. सक्रिय माध्यमात लाट पिढी विविध लांबी समान आयन मध्ये विविध साहित्य डोपिंग करून गाठले आहेत.

होल्मियम लेसर

एक घन-राज्य लेसर उदाहरण एक भाग जनरेटर, होल्मियम अणू क्रिस्टल लाकडी किंवा धातूची जाळी पाया साहित्य बदलवून ज्यात आहे. हो: YAG सर्वोत्तम lasing साहित्य एक आहे. होल्मियम लेसर कार्य तत्त्व होल्मियम आयन, हलवू फ्लॅश दिवा करून गुंतवणूक आणि उती द्वारे गढून गेलेला आहे अवरक्त मध्ये 2097 एनएम तरंगलांबी येथे emits सह doped की संक्षेप y अॅल्युमिनियम दोरखंड आहे. कर्करोगाच्या पेशी, मूत्रपिंड आणि gallstones बाष्प होणे किंवा करणे ते सांधे, दंत उपचार, वर ऑपरेशन या लेसर वापरा.

एक सेमीकंडक्टर भाग जनरेटर

क्वांटम तसेच lasers, प्रचंड उत्पादन परवानगी स्वस्त आहेत आणि सहज स्केल आहेत. या कार्य तत्त्व सेमीकंडक्टर लेसर पी.एन.-diode जंक्शन, एक सकारात्मक वातावरण येथे वाहक recombination एक विशिष्ट तरंगलांबी प्रकाश निर्माण जे LEDs सारखे वापर आधारित. एलईडी एकदम आणि अंशा किरणांचा diodes सोडणे - compulsively. अट लोकसंख्या उलटा क्रम पूर्ण करण्यासाठी, कार्य चालू एक उंबरठा जास्त आवश्यक आहे. एक सेमीकंडक्टर diode सक्रिय मध्यम द्विमितीय थर कनेक्शन क्षेत्र एक दृश्य आहे.

लेसर हा प्रकार ऑपरेशन तत्त्व की oscillations बाह्य आरसा आवश्यक आहे राखण्यासाठी आहे. अधोरेखित क्षमता, योग्य निर्माण refractive निर्देशांक करण्यासाठी स्तर आणि सक्रिय मध्यम अंतर्गत प्रतिबिंब या उद्देशाने पुरेसे आहे. शेवटी पृष्ठभाग समांतर परावर्तित पृष्ठभाग पुरवते diodes ऐका.

heterojunction - दोन भिन्न कनेक्ट करून स्थापन समान प्रकारच्या सेमीकंडक्टर साहित्य स्थापना कंपाऊंड, एक homojunction म्हणतात.

वाहक उच्च घनता असलेल्या p आणि एन प्रकारच्या अर्धवाहक एक एक अतिशय पातळ (≈1 मिमी) कमी थर सह p-n-जंक्शन तयार.

गॅस लेसर

ऑपरेशन आणि लेसर हा प्रकार वापर तत्त्व तो (अवरक्त अतिनील पासून) अक्षरशः कोणत्याही क्षमता साधने आणि रेडिओ लहरी (मेगावॅट पर्यंत milliwatts पासून) तयार करणे शक्य आणि pulsed आणि सतत रीती ऑपरेट करू शकता करते. सक्रिय मीडिया स्वरूप आधारित, गॅस lasers, म्हणजे आण्विक ionic आणि आण्विक तीन प्रकार आहेत.

सर्वाधिक गॅस lasers विद्युत स्त्राव करून गुंतवणूक. स्त्राव ट्यूब इलेक्ट्रॉन electrodes दरम्यान विद्युत क्षेत्राची करून प्रवेगक आहेत. ते अणू, आयन्स किंवा सक्रिय मध्यम रेणूंमध्ये आदळणे आणि लोकसंख्या उलटा आणि चालना उत्सर्जन असलं राज्य साध्य करण्यासाठी उच्च ऊर्जा पातळी संक्रमण लावणे.

आण्विक किरणांच्या

लेसर क्रिया तत्त्व आण्विक आणि आयन lasers मध्ये वेगळ्या अणूंचा बनलेला आणि आयन विपरीत रेणू ताबा की अलग ऊर्जा पातळी व्यापक ऊर्जा बँड वस्तुस्थितीवर आधारित आहे. काही फेरपालटीचे - याव्यतिरिक्त, प्रत्येक इलेक्ट्रॉन ऊर्जा पातळी कंपनविषयक पातळी मोठ्या प्रमाणात आणि यामधून त्या आहे.

दूरच्या व जवळच्या इन्फ्रारेड क्षेत्रांमध्ये - इलेक्ट्रॉन ऊर्जा पातळी दरम्यान ऊर्जा कंपनविषयक-फेरपालटीचे पातळी दरम्यान तर, स्पेक्ट्रम अतिनील आणि दृश्यमान क्षेत्रांमध्ये आहे. त्यामुळे, आण्विक lasers सर्वात दूर किंवा जवळ-इन्फ्रारेड क्षेत्रांमध्ये काम.

excimer lasers

Excimers ArF, KrF, XeCl अशा परमाणू, स्थिर जमिनीवर राज्य आणि प्रथम स्तर वाटून जातात आहेत. पुढील लेसर ऑपरेशन तत्त्व. थोडक्यात, रेणू जमिनीवर राज्यात संख्या कमी आहे, त्यामुळे जमिनीवर राज्य थेट पंपिंग शक्य नाही. एक संयुग जड वायू एक उच्च ऊर्जा halides येत पहिल्या उत्सुक इलेक्ट्रॉनिक राज्यात स्थापना रेणू. लोकसंख्या उलटा क्रम एक मूलभूत पातळीवर रेणू संख्या बरीच कमी आहे, उत्सुक तुलनेत पासून सहज साध्य आहे. लेसर क्रिया तत्त्व, थोडक्यात, एक बांधले उत्सुक इलेक्ट्रॉनिक राज्यातील एक जमिनीवर राज्य dissociative संक्रमणासाठी आहे. जमिनीवर राज्यातील लोकसंख्या या टप्प्यावर परमाणू अणूंचा बनलेला मध्ये वेगळे कारण स्तर नेहमी आहे.

उपकरणे आणि lasers तत्त्व की स्त्राव ट्यूब halide यांचे मिश्रण (एफ ₂₎ आणि दुर्मिळ वायू (आर) भरले आहे मध्ये समावेश. त्यात इलेक्ट्रॉन वेगळे आणि halide रेणू ionize आणि नकारात्मक आयन तयार करा. सकारात्मक उर्जा आर ⁺ आणि नकारात्मक ^- F प्रतिक्रिया आणि सुसंगत किरणे पाया राज्य repelling आणि पिढीला त्यानंतरच्या संक्रमण संबंधित प्रथम उत्सुक राज्यात ArF रेणू निर्मिती. Excimer लेसर, क्रिया तत्त्व आणि वापर जे आता आम्ही विचार करीत आहेत, रंग सक्रिय मध्यम पम्पिंग वापर केला जाऊ शकतो.

द्रव किरणांच्या

या पदार्थांना तुलनेत, पातळ पदार्थांचे अधिक एकसंध आहेत आणि वायू तुलनेत, सक्रिय अणू उच्च घनता आहे. या व्यतिरिक्त, ते उत्पादन करणे सोपे उष्णता अपव्यय होतो परवानगी कठीण नाही आणि सहज बदलले जाऊ शकते. लेसर ऑपरेशन तत्त्व सेंद्रीय डाईज, अशा डीसीएम (4-dicyanomethylene-2-मेथिल-6-p- dimethylaminostyryl-4h-pyran), rhodamine, पुसून LDS, coumarin, stilbene, आणि त्यामुळे वर. इ सक्रिय माध्यम म्हणून वापरली जाते ., योग्य दिवाळखोर नसलेला मध्ये विसर्जित. रंग रेणू एक उपाय ज्या तरंगलांबी एक अवशोषण गुणांक आहे किरणे करून उत्सुक आहे. लेसर क्रिया तत्त्व, थोडक्यात, फ्लूरोसेन्सचा म्हणतात दीर्घ wavelength येथे निर्माण करण्यासाठी आहे. ऊर्जा फरक गढून गेलेला आणि उत्सर्जित फोटॉन nonradiative ऊर्जा संक्रमणे वापरले आणि प्रणाली भासणार आहे.

तरंगलांबी ट्युनिंग - विस्तृत बँड फ्लूरोसेन्सचा द्रव lasers एक अद्वितीय वैशिष्ट्य आहे. ऑपरेशन आणि एक सुमधुर लेसर आणि सुसंगत प्रकाश स्रोत म्हणून या प्रकारच्या वापर तत्त्व स्पेक्ट्रम, एखाद्या वस्तूवर लेसर किरणप्रकाश टाकून त्यापासून परिवर्तित झालेल्या प्रकाशाने फोटोग्राफिक फिल्मवर त्रिमितींमधून लांबी, रूंदी व उंची यांची नोंद करण्याची रीत मध्ये वाढत्या महत्वाचे, आणि बायोमेडिकल अनुप्रयोग मध्ये होत आहे.

अलीकडे, lasers समस्थानिके वेगळे रंगविणे वापरले गेले आहेत. या प्रकरणात, लेसर निवडक एक रासायनिक प्रक्रिया सुरू सूचक त्यांना एक जागृत.