рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры
- Раздел Образование
- /
- Оптичні квантові генератори
Реферат Курсовая Конспект
Оптичні квантові генератори
Оптичні квантові генератори - раздел Образование, ОДЕСА 2011 Слово „Лазер” , Або Оптичний Квантовий Генератор (Окг), Скорочено Означає Під...
Слово „лазер” , або оптичний квантовий генератор (ОКГ), скорочено означає підсилення світла за допомогою вимушеного випромінювання. Лазери генерують випромінювання у видимій, інфрачервоній і ближній ультрафіолетовій областях.
Залежно від типу активного середовища лазери поділяються на твердотільні, газові, напівпровідникові і рідинні.
Класифікують лазери і за методами накачування – оптичні, теплові, хімічні, електроіо-нізаційні та ін.
Лазери обов’язково мають три основні компоненти:
1) активне середовище, в якому створюється стан з інверсною заселеністю енергетичних рівнів;
2) систему накачування – пристрій для створення інверсії в активному середовищі;
3) оптичний резонатор – пристрій, який формує вихідний світловий пучок.
Інверсну заселеність рівнів в ОКГ практично здійснюють за трирівневою схемою, яку запропонували М.Басов і О. Прохоров в 1955 р.
Один з перших твердотільних ОКГ, що працює за схемою трьох рівнів, був створений у 1960 р. Т. Мейманом. Активним середовищем в такому ОКГ є кристал рубіну, який за хімічним складом – оксид алюмінію 
з домішкою оксиду хрому 
у кількості від 0,03 до 0,05%. Вимушені переходи здійснюють іони хрому 
.
На рис. 4.10 показана схема енергетичних рівнів іона хрому . У ньому над основним рівнем 
розміщені дві енергетичні смуги 
і 
, а між рівнем і смугою знаходиться метастабільний рівень 
, який складається з двох енергетичних станів. Накачування в лазері здійснюється потужним спалахом ксенонової лампи. Іони хрому, які до спалаху знаходились на основному рівні , внаслідок поглинання зеленого або синього світла, яке випромінює ксенонова лампа, переходять у збуджені стани і . Час перебування іонів у збуджених станах становить 
, і вони здійснюють релаксаційний перехід на збуджений рівень без випромінювання. Рівень метастабільний, і час життя на ньому становить 
, тобто в 
разів більший за час перебування іона у звичайному збудженому стані і . Отже, заселеність іонами подвійного рівня перевищує заселеність основного рівня . При переході іонів хрому з метастабільного стану в основний рубіновий лазер випромінює світло двох хвиль: 
і 
, що лежать в червоній частині спектра. Більш інтенсивна лінія . Тому вона і підсилюється при роботі лазера. Виникненню інверсії рівнів і 
сприяє мала ймовірність спонтанних переходів іонах хрому з рівнів на рівень .
Для виділення напрямку лазерної генерації використовується елемент лазера – оптичний резонатор. Ним служить пара дзеркал, які встановлені паралельно одне одному. Найчастіше використовують дзеркала вгнуті.
Схема ОКГ зображена на рис. 4.11, де 1 – активне середовище, 2 і 3 – суцільне і напівпрозоре дзеркала.
Розглянемо фотон, який рухається паралельно до осі кристала. Він породжує лавину фотонів, які летять у тому самому напрямку (рис. 4.11,а). Частина цієї лавини частково пройде крізь напівпрозоре дзеркало 3 назовні, а частина відіб’ється і наростатиме в активному середовищі (рис. 4.11,б). Коли лавина електронів дійде до суцільного дзеркала 2, вона частково поглинеться, але після відбивання від дзеркала 2 підсилений потік фотонів знову рухатиметься так само, як і первинний фотон (рис. 4.11,в). Потік фотонів, який був багато разів підсилений і вийшов з генератора крізь напівпрозоре дзеркало, утворює точно напрямлений пучок променів світла.
Довжина шляху, який проходить хвиля між двома відбиваннями, повинна становити ціле число довжин хвиль:
, або 
,
де n=1, 2,…
Якщо виконано цю умову, то хвилі, які при кожному відбиванні виходять з генератора через дзеркало 3, когерентні між собою.
Перший газовий лазер на суміші атомів неону і гелію був створений Джованом в 1960 р. В газових лазерах інверсна заселеність рівнів здійснюється електричним розрядом, що збуджується в газах.
В гелій-неоновому лазері накачування відбувається в два етапи: гелій (He) служить носієм енергії збудження, а лазерне випромінювання дає неон (Ne). Із всіх рівнів He, крім основного 
, для роботи лазера мають значення метастабільні рівні 
і 
з енергіями 19,82 і 20,61еВ відповідно (рис. 4.12). Спонтанний перехід з цих рівнів на основний рівень „заборонений”, тобто відбувається з дуже малою імовірністю. Тому час життя атома на цих рівнях і 
дуже великий. На цих метастабільних рівнях атоми Нe нагромаджуються в результаті зіткнень з електронами, що утворюються в розряді. Але рівні гелію і майже збігаються з рівнями і 
неону (рис. 4.12). Завдяки цьому при зіткненнях збуджених атомів гелію з незбудженими атомами неону інтенсивно відбуваються безвипромінювальні переходи атомів гелію у незбуджений стан з передачею енергії атомам неону. Цей процес збудження атомів Ne на рис. 4.12 символічно показаний горизонтальними пунктирними стрілками. В результаті концентрація атомів Ne на рівнях і сильно зростає, і виникає інверсна заселеність відносно рівнів і 
, а різниця заселеності рівнів і збільшується в декілька разів. Перехід атомів неону з рівня на рівень супроводжується генерацією червоного світла з довжиною хвилі 
=0,6328мкм. Цей лазер може генерувати й інфрачервоне випромінювання з довжинами хвиль 
і 
.
Принципова схема гелій-неонового лазера наведена на рис. 4.13. Лазер складається з газорозрядної трубки Т діаметром 7–10 мм. Трубка заповнена сумішшю гелію (тиск ~1 мм.рт.ст.) і неону (тиск ~0,1 мм.рт.ст.). Кінці трубки закриті плоскопаралельними скляними або кварцовими пластинами 
і 
, які встановлені під кутом Брюстера до її осі. Це створює лінійну поляризацію лазерного випромінювання з електричним вектором, який паралельний до площини падіння. Дзеркала 
і 
, між якими розміщена трубка, сферичні з багатошаровими діелектричними покриттями. Вони мають високі коефіцієнти відбивання і практично не поглинають світла. Пропускна здатність дзеркала, через яке виходить випромінювання лазера, становить 2 %, а другого – менше 1 %. Між електродами трубки прикладається постійна напруга 
. Розрядний струм в трубці становить декілька десятків міліампер.
Лазерне випромінювання характеризується такими властивостями:
· високою часовою і просторовою когерентністю;
· строгою монохроматичністю (
);
· великою густиною потоку випромінювання;
· дуже малим кутовим розходженням в пучку.
Незвичайні властивості лазерного випромінювання мають широке застосування. ОГК можна з великою ефективністю використовувати для зв’язку, локації. Випромінюванням ОГК можна пробивати найдрібніші отвори в найтвердіших речовинах, зварювати мікродеталі, використовувати механічну обробку, впливати на хід хімічних реакцій.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
ОДЕСА 2011
ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ І І МЕЧНИКОВА... ФІЗИЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ... КАФЕДРА ТЕПЛОФІЗИКИ...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Оптичні квантові генератори
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
| Твитнуть |
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Реклама
Информация в виде рефератов, конспектов, лекций, курсовых и дипломных работ имеют своего автора, которому принадлежат права. Поэтому, прежде чем использовать какую либо информацию с этого сайта, убедитесь, что этим Вы не нарушаете чье либо право.
© copyright 1999 - 2024 allRefs.net. Все права защищены. Страница сгенерирована за: 0.023 сек.
Новости и инфо для студентов