레이저 동작의 원리 : 레이저 방사선의 기능

1917 년 이론 플랑크의 방사선 법의 물리학을 기반으로 레이저의 행동의 첫 번째 원칙, 아인슈타인은 정당화되었다. 그는 자발적 흡착을 설명 확률 계수 (아인슈타인 계수)를 사용하여 전자기 방사선을 자극.

개척자

Teodor Meyman 행동의 원리 입증 최초로 루비 레이저, 플래시 램프를 이용하여 합성 루비 광 펌핑에 기초를, 694 nm의 파장을 가진 코 히어 런트 방사를 생성한다.

1960 년이란 과학자 및 베네트 자와 1:10의 비율로 그와의 Ne 가스의 혼합물을 사용하여 제 1 가스 레이저를 만들었다.

1962 년, R. N. 홀 제하게 다이오드 레이저 850 nm의 파장에서 발광, 갈륨 비소 (GaAs)로 제조한다. 나중에 그 해 닉 Golonyak 가시광의 제 1 반도체 양자 발생기를 개발했다.

장치와 레이저의 원리

각 레이저 시스템은 광학적으로 투명한 하나는 병렬 높은 반사경의 쌍 사이에 활성 매체, 그리고 펌핑하는 동력원을 포함한다. 상기 이득 매질은 전기 또는 광 펌핑 방사선 내부적으로 통과하는 광 파동의 진폭을 증폭하는 기능을 갖고 고체, 액체 또는 기체로서 작용할 수있다. 그들마다 반사 된 빛이 통과하고, 상당한 증가에 도달 한, 하프 미러를 투과되도록 물질이 거울들의 쌍 사이에 배치된다.

이중 환경

E 흥분 E _{2,베이스 1} : 누구의 원자 두 에너지 수준이 활성 매체와 레이저 동작의 원리를 생각해 _보자. 모든 펌프기구 (광, 방전 전류 또는 투과 전자 충격)를 통하여 원자가 상태 E ₍₂₎ 여기 _경우 나노초 그들은 에너지 광자 방사, 기본 위치로 복귀 hν = E ₂ - E _(1). 아인슈타인의 이론에 따르면, 배출은 두 가지 방법으로 생성됩니다 중 하나 그것은 광자에 의해 유도되는, 또는 자발적으로 발생합니다. 전자의 경우, 유도 방출이 발생하여 초 - 자연. 에서 열 평형, 대부분의 종래의 비 간섭 성 광원 및 레이저 방출이 열 평형 상태 이외의 상태에서 가능하도록 유도 방출 확률은 ^(1시 10분 ³³⁾ 자발보다 훨씬 낮다.

심지어 매우 강력한 펌핑 인구 수준의 시스템은 동일하게 할 수있다. 따라서, 인구 반전 또는 다른 광학 펌핑 방법을 달성하는 것은 3-4 레벨 시스템을 필요로한다.

다중 레벨 시스템

세 가지 수준의 레이저의 원리는 무엇입니까? ₀₂ ν 주파수의 강한 광의 조사는 낮은 에너지 레벨 E ₀ 위의 E _{(2)로부터의} 원자의 수가 최대 펌프. E _(1)에 원자 E ₂ 무방 사 천이 원자가 준 안정 상태 E ₁ 장시간 때 실제로에서만 가능 E ₁ E ₀ 내지 인구 _{반전, 2 빠르게} 발생 E에 E _{(1)로부터의} 전이를 확립한다. E _{0과 1} 사이의 E _인구 반전이 달성되고, 광자 에너지 E ₁ -E ₀ 유도 방출을 증폭되도록 삼진 레이저의 동작 원리는, 이러한 조건에있다. 넓은 레벨 E _(2)는 유도 방출 (stimulated emission)의 증가의 결과,보다 효율적으로 펌프의 흡수 파장 범위를 증가시킬 수있다.

시스템은 낮은 수준부터 매우 높은 펌핑 전력을 필요로 세 가지 수준이 생성에 관여하는, 그것은 기본이다. 이 경우, 인구 반전시키기 위해, 상태 E _(1)에 발생한 원자의 총 수의 절반 이상을 펌핑한다. 이 경우, 에너지가 낭비된다. 하부 징 레벨이 적어도 4 레벨 시스템이 필요 기지가 아닌 경우, 펌프 전력은 크게 감소 될 수있다.

활성 물질의 성질에 따라, 레이저는 세 가지 기본적인 범주, 즉, 고체, 액체 및 기체로 분류된다. 첫 번째 세대는 루비 결정에서 관찰 된 1958 년 이후, 과학자들과 연구자들은 각 카테고리에서 다양한 재료를 연구 하였다.

고체 레이저

동작 절연성 결정 격자 전이 금속 첨가에 의해 형성되는 활성 매체의 사용에 기초한다 (그래서 티 ^+3, CR ^+3, V ^+2, 공동 ^+2, 니켈 ^+2, 철 ^+2, 그리고. D.)를 희토류 이온 (CE ^+3, 홍보 ^{+3, +3의 Nd,} PM ^{+3, +2 SM,} 유럽 ^{+ 2 + 3,} TB ^+3, Dy가 ^{+3, +3 호,} 어 ^{+3, +3} YB , 등.) 및 U ^{+3으로서 악티늄.} 의 에너지 레벨 에서만 생성을 담당하는 이온. 이러한 열전도로 기재의 물리적 특성, 열팽창 레이저의 효율적인 작동에 중요하다. 도핑 된 이온의 주위에 원자의 위치는 격자 에너지 레벨을 변경한다. 활성 매체 표면파 발생 상이한 길이는 동일한 이온에 다양한 재료를 도핑함으로써 달성된다.

홀뮴 레이저

고체 레이저의 예 홀뮴 원자가 결정 격자의 기재를 대체 상기 양자 발생기이다. 호 : YAG 최고의 레이저 발광 재료 중 하나입니다. 홀뮴 레이저의 동작 원리는 홀뮴 이온 광학 플래쉬 램프 펌핑하고 잘 조직에 의해 흡수 된 적외선 범위에서 2,097 nm의 파장에서 발광하는 도핑 된 이트륨 알루미늄 가넷이다. 암 세포, 신장 및 담석을 증발 관절, 치과 치료에 작업이 레이저를 사용합니다.

반도체 양자 발생기

양자 우물 레이저는 대량 생산을 허용 저렴하고 쉽게 확장이다. 의 동작 원리 반도체 레이저 의 LED와 같은 양의 바이어스에서 캐리어의 재결합에 의해 특정 파장의 광을 생성하는 PN 접합 다이오드의 사용에 기초. LED는 자발적 및 레이저 다이오드 방출 - 강박. 조건의 인구 반전을 충족하기 위해, 동작 전류가 임계 값을 초과해야한다. 반도체 다이오드의 활성 매체는 이차원 층의 접속 영역의 뷰를 갖는다.

레이저 이러한 유형의 작동 원리는 그 외부 미러가 필요하지 않습니다 진동을 유지하는 것입니다. 인해 생성 된 반사 능력 굴절률로 층과 활성 매체의 내부 반사가이 목적을 위해 충분하다. 단면이 평행 반사 표면을 제공하는 다이오드를 쪼갠다.

이종 - 두 가지 연결에 의해 설정된 것과 같은 형태의 반도체 재료에 의해 형성하는 화합물 호모 불린다.

캐리어 밀도가 높은 P 및 N 형의 반도체는 매우 얇은 (≈1 mm) 공핍 층을 가진 P-N 접합을 형성한다.

가스 레이저

작용 레이저 이러한 유형의 사용 원리 가능 (적외로부터 자외)과 파장 (메가 밀리 와트)에서 거의 모든 용량의 디바이스를 생성하고, 펄스 연속 모드에서 동작 할 수있다. 활성 매체의 특성에 기초하여, 즉, 원자, 이온 및 분자 가스 레이저의 세 가지 유형이있다.

전기 방전에 의해 펌핑 대부분의 가스 레이저. 방전관의 전자는 전극 사이의 전계에 의해 가속된다. 이들은 원자, 이온 또는 분자의 활성 매체와 충돌 인구 반전 및 유도 방출 (stimulated emission)의 상태를 달성하기 위해 더 높은 에너지 레벨로의 전환을 유도한다.

분자 레이저

레이저의 동작 원리는 레이저 원자 및 이온의 격리 원자 및 분자 이온과 달리 이산 에너지 레벨의 넓은 에너지 대역을 가지고 있다는 사실에 근거한다. 몇 회전 - 또한, 각각의 전자 에너지 수준은 큰 진동 레벨의 수, 차례로 사람들이있다.

원거리 근적외선 영역에서 - 전자 에너지 준위 사이의 에너지는 진동 - 회전 레벨 사이 있지만, 스펙트럼의 UV 및 가시 영역이다. 따라서, 레이저 분자의 가장 먼 또는 근적외선 영역에서 작동.

엑시머 레이저

엑시머 안정된 접지 상태 및 제 레벨을 나누어의 ArF,는 KrF, 크세논 클로라이드 (XeCl) 등의 분자이다. 다음 레이저의 작동 원리. 일반적으로, 분자의 기저 상태의 수는 작고, 따라서 접지 상태로부터 직접 펌핑이 불가능하다. 분자는, 불활성 가스를 높은 에너지 할로겐을 갖는 화합물에 의해 제 여기 전자 상태로 형성되어있다. 인구 반전은 기본적인 수준에서 분자의 수는 흥분에 비해 너무 낮기 때문에 쉽게 얻을 수있다. 레이저의 동작 원리는, 요컨대, 그라운드 상태로 해리 바운드 전자 여기 상태로부터 천이한다. 이 시점에서 분자가 원자에 해리 때문에 바닥 상태의 인구는 낮은 수준에서 항상이다.

장치 및 레이저 원리는 방전관 할라이드의 혼합물 (F _2), 희가스 (AR)로 채워진 것을 이루어져있다. 그것에 전자는 해리 및 할로겐 분자를 이온화 이온과 마이너스 이온을 생성한다. 플러스 이온과 마이너스 아르곤 ⁺ F ^- 반응 간섭 방사선의베이스 상태와 반발 세대 이후의 전이와 연관된 제 여기 상태에서의 ArF 분자를 생성한다. 엑시머 레이저, 행동의 원리와 우리가 지금 고려하고있는 사용이, 염료의 활성 매체의 펌핑에 사용될 수 있습니다.

액체 레이저

고형물에 비해 액체가보다 균일하고 가스와 비교하여, 활성 원자의 높은 밀도를 갖는다. 이 외에도, 그들은 생산 쉽게 방열 할 수 있도록 어렵지 않다 쉽게 교체 할 수 있습니다. 레이저의 동작 원리는 예컨대 DCM과 같은 유기 색소의 이득 매체로서 사용된다 (4- 디시 아노 메틸렌 -2- 메틸 - P-6 디메틸 아미노 - 4H - 피란), 로다 민, 스티 릴, LDS, 쿠마린, 스틸 벤 등을들 수있다. D ., 적당한 용매에 용해시켰다. 염료 분자의 용액 파장 좋은 흡수 계수를 갖는 방사선에 의해 여기된다. 레이저 동작의 원리는 한마디로, 형광이라는 긴 파장에서 발생하는 것입니다. 에너지의 차이는 흡수 및 방출 광자 에너지 비 복사 천이를 사용하여 시스템을 가열한다.

파장 가변 - 넓은 밴드 형광 액체 레이저는 독특한 기능이 있습니다. 동작 및 가변 파장 레이저와 같은가 간섭 성 광원이 사용 형태의 원리는 점점 분광법, 홀로그래피에서 중요한 생물 의학 용도로되고있다.

최근에는 레이저 동위 원소 분리 염색하는 데 사용되었다. 이 경우, 레이저는 선택적 화학 반응을 시작하라는 메시지 중 하나를 여기.