Wie wird der Laser produziert?

Laserist eine große Erfindung im 20. Jahrhundert, und es wird das schnellste Messer, das genaueste Herrscher und das hellste Licht genannt. Laser (Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission), was bedeutet, dass stimulierte Strahlenlichtamplifikation das Prinzip von beschreibtLasergenerierung. Schauen wir uns als nächstes an, wie der Laser produziert wird.

Theoretische Grundlage des Lasers

Die Theorie der stimulierten Strahlung ist die Grundlage für die Lasererzeugung, die Einstein im Jahr 1917 vorgestellt wurdedes Laserübergangs. Die Energiedifferenz E2 - E1 zwischen ihnen ist gleich Hν. Wenn sich das System auf dem Energieniveau S1 befindet und von Photonen mit Energie -Hν bestrahlt wird, hat es eine gewisse Wahrscheinlichkeit, Photonen zu absorbieren und zum Energieniveau S2 zu übergehen. Dieser Prozess wird als stimulierte Absorption bezeichnet. Wenn sich das System auf dem Energieniveau S2 befindet, besteht eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass es auf den Energieniveau S1 springt und das fluoreszierende Photon Hν freigibt. Dieser Prozess wird als spontane Emission bezeichnet. Wenn sich das System auf dem Energieniveau S2 befindet und durch Hν bestrahlt wird, hat es eine gewisse Wahrscheinlichkeit, ein Photon mit der gleichen Frequenz-, Phase -1- und Ausbreitungsrichtung wie das einfallende Photon freizusetzen. Dieser Prozess wird als stimulierte Strahlung bezeichnet. Wenn ein solches Verstärkungsmedium, das eine große Anzahl von Molekülen bei S2-Energieniveau enthält, zwischen zwei entgegengesetzten parallelen Spiegeln platziert wird, können einige Fluoreszenzphotonen senkrecht zu den Spiegeln durch stimulierte Strahlung verstärkt werden, um eine selbsterrückte Oszillation zu bilden und so Laserlicht zu emittieren. Das optische Element am linken Ende der Resonanzhöhle wird als Ausgangskoppler bezeichnet, was einer reflektierenden Oberfläche mit einer gewissen Sendung entspricht und der Ausgang des Lasers in der Resonanzhöhle ist.

Der Schlüssel zur Lasergenerierung

Im Allgemeinen ist die stimulierte Strahlung so schwach, dass es sogar schwierig ist, sie zu beobachten, geschweige denn, um sie zu verwenden, um Laser zu erzeugen. Wenn sich eine Substanz im thermischen Gleichgewicht befindet, gehorcht die Verteilung von Molekülen in Energieniveaus die Boltzmann -Verteilung. Die Anzahl der Partikel N1 im unteren Energiezustand S1 ist weitaus größer als die Anzahl der Partikel N2 im oberen Energiezustand S2, und die Absorption von Hν -Photonen ist weitaus größer als die von stimulierter Strahlung, daher ist es unmöglich, optische Signale zu realisieren makroskopisch. Der Schlüssel der Lasergenerierung liegt in der Inversion der Partikelzahl, so dass N2> N1. Wenn der Laser funktioniert, ist derzeit erforderlich, eine angemessene Anregungsmethode (Pumpen) anzuwenden, um die Inversion der Partikelzahl auf einem bestimmten Energieniveau zu realisieren.

In diesem Artikel wird in diesem Papier Farbstofflaser eingenommen und führt dazu ein, wie die Partikelzahl -Inversion realisiert werden kann. Das Gewinnmedium Laser ist eine organische Farbstofflösung. Zu den häufig verwendeten Farbstoffen gehören Cumarin in blauen und violetten Bändern, Rhodamin in roten und gelben Bändern usw. Der Laserübergang von organischen Farbstoffen tritt hauptsächlich in den Energiebändern von S0- und S1 -Singulet -Zuständen auf. Diese beiden EnergieBanden bestehen aus vielen Rotations- und Schwingungsenergieniveaus, die aufgrund der Kollisionsverbreiterung in Lösung als kontinuierlich angesehen werden können. Im Prozess der Lasererzeugung werden Farbstoffmoleküle durch das Pumpenlicht zum Übergang von der unteren Energieniveau des S0-Bandes zum S1-Band bestrahlt und dann schnell durch die untere Energieniveau von S1 durch Nichtstrahlung übergibt, dh,,, der obere Energiezustand des Laserübergangs. Im Laserübergang wechseln die Moleküle zum spezifizierten Energieniveau im S0 -Energiereband und füllen Photonen frei und wechseln dann schnell zum Bottom -Energy -Niveau des S0 -Energierebandes. Da der obere Energiezustand S2 des Laserübergangs eine lange Lebensdauer hat, während die Lebensdauer von S1 sehr kurz ist und unter der Wirkung von Pumpenlicht eine große Anzahl von Molekülen für den oberen Energiezustand S2 angeregt ist realisiert werden. Gleichzeitig der Lasergenerierung kreuzen Farbstoffmoleküle zwischen den S1 -Bandgenerierungssystemen, betreten das Triplettsystem mit langer Lebensdauer in T1 und lassen den Laserübergangszyklus, der die Lasereffizienz beeinflusst. Wenn der Farbstofflaser funktioniert, muss daher die Farbstofflösung recyceln.

Die Wellenlänge des Lasers

Viele Laser haben eine gute Monochromatizität, dh die spektrale Bandbreite des Ausgangslichts ist eng. Ob das Ausgangsspektrum des Lasers eng ist oder nicht mit den folgenden Faktoren. Zunächst bestimmen das Laserverstärkungsmedium und der Pumpmodus, welche Wellenlängenbänderphotonen verstärkt werden können. Solche Medien wie Gaslaser, Excimer -Laser und ND: YAG -Laser, die spärliche Energieniveaus und enge Energieverteilung aufweisen, erzeugen natürlich Laser mit enger Linienbreite. Zweitens kann die Monochromatie des Lasers durch den Resonanzhöhle eingestellt werden. Wenn es notwendig ist, Laser mit guter Monochromatizität zu produzieren, muss die Abschwächung verschiedener spektraler Komponenten in der Resonanzhohlheit festgelegt werden, um spezifische Spektralkomponenten zu verstärken.