Lazerių veikimo principai

Šioje temoje aptariami lazerių veikimo principai, įskaitant savaiminį ir priverstinį spinduliavimą, bei fotonų sugėrimą ir spinduliavimą. Taip pat sužinoma, kaip sukuriama užpildos apgrąža, kuri yra būtina lazerio veikimui, ir panagrinėjama trilygmenė sistema bei rubino lazerio pavyzdys. Galiausiai, aptariama lazerio sukūrimo istorija.

Fotonų sugėrimas, spinduliavimas ir užpildos apgrąža
Medžiagos atomai, esantys pagrindinėje būsenoje, sugeria fotonus, silpnindami spinduliavimą. Norint sustiprinti spinduliavimą, reikia sužadinti daugiau atomų, kad jie galėtų spinduliuoti fotonus priverstinio spinduliavimo būdu. Užpildos apgrąža – tai būsena, kai daugiau nei pusė atomų yra sužadinti. Kaupinimas – užpildos apgrąžos sudarymo procesas.
Lazerio istorija ir principai
Lazeris (šviesos stiprinimas indukuotuoju spinduliavimu) yra XX amžiaus išradimas, plačiai naudojamas įvairiose srityse. Jo pirmtakas – mazeris – sukurtas 1954 m. Č. Taunso, A. Prochorovo ir N. Basovo. Pirmasis optinis lazeris sukurtas T. Maimano 1960 m. Lazeris generuoja koherentines elektromagnetines bangas, veikiant priverstinio spinduliavimo principu.
Rubino lazeris
Pirmieji lazeriai buvo gaminami naudojant rubino (\(Al_2O_3\)) kristalą su chromo priemaišomis. Priverstinis spinduliavimas vyksta chromo atomuose, naudojant trilygmenę sistemą. Aktyvioji lazerio dalis – ritinio formos rubino kristalas. Vienas galas veidrodinis, kitas – pusiau skaidrus. Rubino ritinys įdedamas į spiralinę išlydžio lempą, kuri sužadina chromo atomus. Daugkartinis atspindys nuo veidrodinių ritinio galų sustiprina spinduliavimą.
Savaiminis ir priverstinis spinduliavimas
Savaiminis spinduliavimas – tai procesas, kai sužadintas atomas savaime grįžta į žemesnį energijos lygmenį, išspinduliuodamas fotoną (\(hv = E_2 - E_1\)). Šis spinduliavimas yra nekoherentinis. Priverstinis spinduliavimas – tai procesas, kai sužadintas atomas, veikiamas išorinio elektromagnetinio lauko, grįžta į žemesnį energijos lygmenį, išspinduliuodamas fotoną. Šis spinduliavimas yra monochromatinis ir koherentinis, sukeliantis fotonų grandininę reakciją.
Užpildos apgrąžos sukūrimas: trilygmenė sistema
Užpildos apgrąžą sunku sukurti dėl trumpo sužadintų atomų gyvavimo laiko. Kai kurių medžiagų atomai turi metastabiliąją būseną, kurioje jie išbūna ilgiau (\(10^{-3}\) s). Trilygmenė sistema – tai schema, pagal kurią sukuriama užpildos apgrąža. Atomai sužadinami iš pagrindinės būsenos (\(E_1\)) į aukštesnę (\(E_3\)), iš kurios pereina į metastabiliąją būseną (\(E_2\)). Apšvietus medžiagą fotonais (\(hv = E_2 - E_1\)), elektronai grįžta į pagrindinę būseną.

Prisijungti

arba
Real 2
„X“ yra inovatyvi mokymosi platforma, kurios tikslas – teikti aukštos kokybės mokymo medžiagą įvairiausių klasių mokiniams. Patyrusių specialistų parengtas turinys skatina smalsumą, padeda išsamiau ir giliau suprasti mokomus dalykus bei sėkmingai pasiruošti akademiniams iššūkiams.
Atsisiųsk programėlę:
Susisiek su mumis: info@knowledgenestapp.com