1. Глава 1: Основы лазера Вот некоторые основные характеристики для лазерного света.
2. Рубиновые лазеры
3. Гелий-неоновые лазеры
4. Другие типы лазеров
5. Связаться с нами

Глава 1: Основы лазера

Вот некоторые основные характеристики для лазерного света.

• Лазеры производят очень узкий, интенсивный луч света. Свет от лампочки распространяется по мере движения, поэтому гораздо меньше света попадает в данную область, чем больше расстояние от источника света (закон обратных квадратов). Лазерный свет распространяется как параллельный луч, распространяющийся очень мало, поэтому закон обратных квадратов не применяется.
• Лазерный свет монохроматичен и когерентен. Белый свет - это перемешивание цветных световых волн, каждый цвет имеет свою длину волны. Если бы все длины волн или цвета, кроме одного, были отфильтрованы, оставшийся свет был бы монохроматическим.
• Белый свет распространяется во всех направлениях и является смесью фаз. Если все световые волны параллельны и находятся в фазе друг с другом, они называются когерентными (то есть гребни и впадины волн совпадают). Поэтому эти волны усиливают друг друга.
• Лазерные лучи могут быть непрерывными (CW) или импульсными. Импульсные лазеры включаются и выключаются, иногда настолько быстро, что кажется, что они непрерывно излучают свет.
• Не все лазеры излучают видимый свет. Некоторые лазеры производят инфракрасное или ультрафиолетовое излучение. Этот свет по-прежнему способен вызывать травмы. Большинство лазерных систем состоят из трех основных компонентов:
  1. Насосная система или источник энергии: это может быть лампа-вспышка, микроволны, химическая реакция, другой лазер и т. Д.
  2. Средой генерации может быть газ, жидкость, твердое вещество, полупроводник, электронный луч и т. Д.
  3. Резонансная полость, которая усиливает интенсивность света. Линзы, зеркала, поглотители, жалюзи и другие аксессуары могут быть добавлены в систему для получения большей мощности, более коротких импульсов или специальных форм луча, но только эти три основных компонента необходимы для лазерного воздействия.

Лазеры используют процесс, называемый вынужденным излучением, для усиления световых волн. Многие вещества испускают свет в результате спонтанного излучения. Рассмотрим, что происходит, когда один из электронов атома поглощает энергию. Пока он обладает этой энергией, атом находится в возбужденном электронном состоянии. Если орбитальный электрон выделяет эту энергию в форме электромагнитного излучения, такого как свет, без внешнего импульса, происходит самопроизвольное излучение. Если волна, излучаемая одним возбужденным атомом, попадает в другой атом, она может стимулировать второй атом излучать энергию в форме второй волны, которая проходит параллельно и ступенчато (или фазе) с первой волной.

Вынужденное излучение приводит к усилению первой волны. Если две волны ударяют другие возбужденные атомы, может быть создан очень интенсивный когерентный луч. Но если эти волны ударяют невозбужденные атомы, энергия поглощается и некоторая интенсивность теряется. В нормальном состоянии вещества на земле подавляющее большинство атомов не возбуждаются. Когда возбуждается больше обычного числа атомов, увеличивается вероятность того, что будет происходить стимулированное излучение, а не поглощение.

Рубиновые лазеры

Рубиновый лазер был первым лазером, изобретенным в 1960 году. Рубин - это кристалл оксида алюминия, в котором некоторые атомы алюминия заменены атомами хрома. Хром придает рубину свой характерный красный цвет и отвечает за генерацию кристалла. Хром излучает зеленый и синий свет и отражает только красный свет. Для рубинового лазера кристалл рубина превращается в цилиндр. Полностью отражающее зеркало размещается на одном конце, а частично отражающее зеркало - на другом. Вокруг рубинового цилиндра спиральная лампа высокой интенсивности создает вспышку белого света, которая запускает действие лазера. Зеленая и синяя длины волны во вспышке возбуждают электроны в атомах хрома до более высокого энергетического уровня. Вернувшись в свое нормальное состояние, электроны излучают свой характерный рубиново-красный свет. Зеркала отражают часть этого света взад и вперед внутри кристалла рубина, стимулируя другие возбужденные атомы хрома производить больше красного света, пока световой импульс не нарастает до высокой мощности и не истощает энергию, запасенную в кристалле.

Лазерная вспышка, которая проходит через частично отражающее зеркало, длится всего около 300 миллионов долей секунды (примерно продолжительность вспышки лампы-вспышки), но она очень интенсивна. Ранние лазеры могли производить пиковую мощность около десяти тысяч ватт. Современные лазеры могут генерировать импульсы, которые в миллиарды раз мощнее.

Рисунок 1.1: Рубиновый лазер

Гелий-неоновые лазеры

Одним из наиболее распространенных лазеров является гелий-неоновый лазер. Давайте рассмотрим эту систему, сравнивая и сравнивая ее функционирование с более простым рубиновым лазером, который мы только что описали. В основе гелий-неоновой лазерной системы лежит оптический резонатор, состоящий из трубки, которая закрыта зеркалами на каждом конце. Одно зеркало отражает 100%, а другое - более 95%, но не совсем 100%. Газовый разряд в трубке создается с помощью короткого триггера 6–15 кВ и поддерживается постоянным током 2–6 кВ при 4–10 миллиамперах, приложенных к электродам.

Электроны ударяют атомы гелия и возбуждают некоторые из них в метастабильные состояния, из которых их последующий распад ограничен процессами, которые не производят излучение. Неон обладает несколькими энергетическими уровнями, которые лежат чуть ниже состояний, ограниченных распадом гелия. Возбужденный атом гелия, который проходит очень близко к атому неона, может передавать свою энергию через форму резонансной связи неону. Этот процесс позволяет гелию распадаться до основного состояния, где он может снова возбуждаться электрическим полем. Между тем, возбужденные атомы неона могут терять свою энергию несколькими способами; Одним из таких путей является спонтанное излучение видимого света при 632,8 нм (оранжевый).

Лазерная активность становится возможной, когда существует инверсия населенности (то есть, когда число атомов неона, способных к эмиссии 632,8 нм, превышает число атомов, которые находятся в расслабленном состоянии). Метастабильные атомы гелия вызывают инверсию заселенности неона. Некоторая часть излучения с длиной волны 632,8 нм побуждает другие возбужденные атомы неона излучать свет, процесс, называемый стимулированным излучением, и этот свет связан со стимулирующим светом. Потери энергии могут возникать в результате самопроизвольного излучения, дифракции, рассеяния и столкновительной релаксации (что приводит к нагреванию). Зеркала создают оптический путь по всей длине стеклянной трубки, который необходим для достаточного усиления за счет вынужденного излучения.

Если это усиление превышает потери энергии (включая свет, выходящий из лазера из частично отражающего зеркала), тогда плотность энергии на требуемой частоте будет расти экспоненциально, и лазер быстро входит в колебание. В этом состоянии инверсия населенности уменьшается и усиливается. Когда усиление уравновешивает потери энергии, тогда достигается стабильная рабочая среда.

Другие типы лазеров

Гелий-неоновые лазеры самые распространенные газовые лазеры. Они имеют основной выход видимого красного света; хотя другие цвета - чаще всего зеленый - также доступны. CO2-лазеры излучают энергию в дальнем инфракрасном диапазоне и используются для резки твердых материалов. Азотные лазеры излучают ультрафиолетовый свет.

Эксимерные лазеры (название происходит от терминов возбужденный и димер) используют реактивные газы, такие как хлор и фтор, в смеси с инертными газами, такими как аргон, криптон или ксенон. При электрической стимуляции образуется псевдомолекула (димер). В лазере димер излучает свет в ультрафиолетовом диапазоне. Лазеры на красителях используют сложные органические красители, такие как родамин 6G, в жидком растворе или суспензии в качестве среды для генерации. Они настраиваются в широком диапазоне длин волн. Полупроводниковые лазеры, иногда называемые диодными лазерами, являются твердотельными лазерами. Эти электронные устройства, как правило, очень маленькие и используют малую мощность. Они могут быть встроены в большие массивы, такие как источник записи в некоторых лазерных принтерах или проигрывателях компакт-дисков. Nd: YAG-лазеры (лазерная среда на основе иттрия и алюминиевого граната, легированная неодимом) представляют собой твердотельные лазеры, излучающие в инфракрасной области. Они очень мощные, и выходной сигнал часто может быть удвоен, утроен и увеличен в четыре раза для получения зеленых и ультрафиолетовых лазерных лучей.

предыдущая страница | индекс | следущая страница

Связаться с нами

EHS офис
Сообщите о проблемах безопасности, запросите информацию, запросите помощь или просто дайте нам знать, что у вас на уме.

Апрель Самс
Директор по охране окружающей среды и безопасности
503 / 777-7788

Кэти Х. Янг
Помощник директора по гигиене и охране окружающей среды
503 / 517-7931

Похожие

Комментарии