Wie wird der Laser produziert?

LaserIst eine große Erfindung im 20. Jahrhundert, und es wird das schnellste Messer, das genaueste Lineal und das hellste Licht genannt. Laser (Licht verstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung), was stimulierte Strahlungs licht verstärkung bedeutet, beschreibt das Prinzip derLaser-Generation. Als nächstes schauen wir uns an, wie der Laser produziert wird.

Theoretische Basis des Lasers

Die Theorie der stimulierten Strahlung ist die Grundlage der Laser erzeugung, die von Einstein 1917 vor geschlagen wurde. Es gibt zwei Energien iveaus S1 und S2 im Laser verstärkungs medium, die dem niedrigeren Energie zustand und dem oberen Energie zustand entsprechenDes Laser übergangs bzw. Die zwischen ihnen E2-E1 Energie differenz ist gleich hv. Wenn sich das System auf dem Energien iveau S1 befindet und von Photonen mit Energie hv bestrahlt wird, hat es eine gewisse Wahrscheinlichkeit, Photonen zu absorbieren und auf das Energien iveau S2 überzugehen. Dieser Vorgang wird als stimulierte Absorption bezeichnet. Wenn sich das System auf dem Energien iveau S2 befindet, besteht eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass es auf das Energien iveau S1 springt und das fluor zierende Photon hv freisetzt. Dieser Vorgang wird als spontane Emission bezeichnet. Wenn sich das System auf dem Energien iveau S2 befindet und durch hv bestrahlt wird, hat es eine gewisse Wahrscheinlichkeit, ein Photon mit der gleichen Frequenz, Phase 1 und Ausbreitung richtung wie das einfallende Photon freizusetzen. Dieser Vorgang wird als stimulierte Strahlung bezeichnet. Wenn ein solches Verstärkungs medium, das eine große Anzahl von Molekülen auf S2-Energien iveau enthält, zwischen zwei gegenüber liegenden parallelen Spiegeln platziert wird, einige Fluoreszenz photonen senkrecht zu den Spiegeln können durch stimulierte Strahlung verstärkt werden, um eine selbst erregte Schwingung zu bilden, wodurch Laserlicht emittiert wird. Das optische Element am linken Ende des Resonanz hohlraums wird als Ausgangs koppler bezeichnet, was einer reflektieren den Oberfläche mit einer bestimmten Durchlässigkeit entspricht. und ist der Auslass des Lasers im Resonanz hohlraum.

Der Schlüssel zur Laser generation

Im Allgemeinen ist stimulierte Strahlung so schwach, dass es sogar schwierig ist, sie zu beobachten, geschweige denn zur Erzeugung von Lasern. Wenn sich eine Substanz im thermischen Gleichgewicht befindet, entspricht die Verteilung der Moleküle in Energien iveaus der Boltzmann-Verteilung. Die Anzahl der Partikel N1 im Zustand der niedrigeren Energie S1 ist weitaus größer als die Anzahl der Partikel N2 im oberen Energie zustand S2. und die Absorption von hv/Photonen ist weitaus größer als die von stimulierter Strahlung, so dass es unmöglich ist, optische Signale makros kopisch zu realisieren. Der Schlüssel der Laser erzeugung liegt in der Inversion der Partikel zahl, so dass N2>N1. Gegenwärtig, wenn der Laser arbeitet, ist es notwendig, eine geeignete Anregung methode (Pumpen) anzuwenden, um die Inversion der Partikel zahl auf einem bestimmten Energien iveau zu realisieren.

Am Beispiel des Farbstoff lasers wird in diesem Artikel vorgestellt, wie die Inversion von Partikel zahlen realisiert werden kann. Das Verstärkungs medium des Lasers ist organische Farbstoff lösung. Zu den häufig verwendeten Farbstoffen gehören Cumarin in blauen und violetten Bändern, Rhoda min in roten und gelben Bändern usw. Der Laser übergang organischer Farbstoffe erfolgt haupt sächlich in den Energie bändern der Singulett zustände S0 und S1. Diese beiden EnergieBänder bestehen aus vielen Rotations-und Schwingungs energien, die aufgrund der Kollision verbreiter ung in Lösung als kontinuierlich angesehen werden können. Bei der Laser erzeugung werden Farbstoff moleküle durch das Pump licht bestrahlt, um vom unteren Energien iveau des S0-Bandes zum S1-Band überzugehen. und dann schnell durch Nicht strahlung, dh den oberen Energie zustand des Laser übergangs, zum unteren Energien iveau von S1 übergehen. Beim Laser übergang wechseln Moleküle auf das spezifizierte Energien iveau im S0-Energieband und setzen Photonen frei und wechseln dann schnell zum unteren Energien iveau des S0-Energiebandes. Weil der obere Energie zustand S2 des Laser übergangs eine lange Lebensdauer hat, während die Lebensdauer von S1 sehr kurz ist und unter der Wirkung von Pump licht, eine große Anzahl von Molekülen wird in den oberen Energie zustand S2 angeregt, so dass die Population inversion realisiert werden kann. Gleichzeitig mit der Laser erzeugung kreuzen sich Farbstoff moleküle zwischen S1-Banderzeugungs systemen, treten mit langer Lebensdauer in T1 in das Triplett system ein und verlassen den Laser übergangs zyklus, der die Laser effizienz beeinflusst. Wenn der Farbstoff laser arbeitet, ist es daherNotwendig, um die Farbstoff lösung zu recyceln.

Die Wellenlänge des Lasers

Viele Laser haben eine gute Monochrom atizität, dh die spektrale Bandbreite des Ausgangs lichts ist eng. Ob das Ausgangs spektrum des Lasers eng ist oder nicht, hängt mit den folgenden Faktoren zusammen. Zunächst bestimmen das Laser verstärkungs medium und der Pump modus, welche Wellenlängen band photonen verstärkt werden können. Verstärkungs medien wie Gas laser, Excimer laser und Nd:YAG-Laser, die spärliche Energien iveaus und eine enge Energie verteilung aufweisen, erzeugen natürlich Laser mit schmaler Linienbreite. Zweitens kann die Monochrom atizität des Lasers durch den Resonanz hohlraum eingestellt werden. Wenn es notwendig ist, einen Laser mit guter Monochrom atizität herzustellen, ist es notwendig, die Dämpfung verschiedener Spektral komponenten im Resonanz hohlraum einzustellen, um bestimmte Spektral komponenten zu verstärken.