ЛАЗЕРЫ Даша Швайковская Екатерина Корхонен Что это

ЛАЗЕРЫ Даша Швайковская, Екатерина Корхонен

Что это? • Ла зер (англ. laser, акроним от light amplification by stimulated emission of radiation «усиление света посредством вынужденного излучения» ), или опти ческий ква нтовый генера тор — это устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др. ) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.

Как работает лазер? • Физической основой работы лазера служит явление вынужденного (индуцированного) излучения. • Суть явления состоит в том, что возбуждённый атом способен излучить фотон под действием другого фотона без его поглощения, если энергия последнего равняется разности энергий уровней атома до и после излучения. • При этом излучённый фотон когерентен фотону, вызвавшему излучение (является его «точной копией» ). Таким образом происходит усиление света. Этим явление отличается от спонтанного излучения, в котором излучаемые фотоны имеют случайные направления распространения, поляризацию и фазу.

РУБИНОВЫЙ лазер Ла зер — квантовый генератор, источник когерентного монохроматического электромагнитного излучения оптического диапазона. Обычно состоит из трёх основных элементов: v Источник энергии (механизм «накачки» лазера). v Рабочее тело лазера. v Система зеркал ( «оптический резонатор» ).

Что может «накачивать» лазер? Øэлектрический разрядник Øимпульсная лампа Øдуговая лампа Øдругой лазер Øхимическая реакция Øвзрывчатое вещество

. . . Рабочее тело. . . • Рабочее тело является основным определяющим фактором рабочей длины волны, а также остальных свойств лазера. Рабочее тело подвергается «накачке» , чтобы получить эффект инверсии электронных населённостей, что вызывает вынужденное излучение фотонов и эффект оптического усиления.

Из чего состоит рабочее тело? • Жидкость, например в лазерах на красителях. Состоят из органического растворителя, например метанола, этанола или этиленгликоля. • Газы, например, углекислый газ, аргон, криптон или смеси, такие как в гелий-неоновых лазерах. Такие лазеры чаще всего накачиваются электрическими разрядами. • Твёрдые тела, такие как кристаллы и стекла. Типичные используемые кристаллы: алюмо-иттриевый гранат (YAG), литиевоиттриевый фторид (YLF), сапфир (оксид алюминия) и силикатное стекло. Самые распространённые варианты: Nd: YAG, титан-сапфир, хром-сапфир (известный также как рубин), легированный хромом стронций-литий-алюминиевый фторид (Cr: Li. SAF), Er: YLF и Nd: glass (неодимовое стекло). Твердотельные лазеры обычно накачиваются импульсной лампой или другим лазером. • Полупроводники. Материал, в котором переход электронов между энергетическими уровнями может сопровождаться излучением. Полупроводниковые лазеры очень компактны, накачиваются электрическим током, что позволяет использовать их в бытовых устройствах, таких как проигрыватели компакт-дисков.

Оптический резонатор • Оптический резонатор, простейшей формой которого являются два параллельных зеркала, находится вокруг рабочего тела лазера. Вынужденное излучение рабочего тела отражается зеркалами обратно и опять усиливается. Волна может отражаться многократно до момента выхода наружу. В более сложных лазерах применяются четыре и более зеркал, образующих резонатор. Качество изготовления и установки этих зеркал является определяющим для качества полученной лазерной системы. • Как правило, в твердотельных лазерах зеркала формируются на полированных торцах активного элемента. В газовых лазерах и лазерах на красителях — на торцах колбы с рабочим телом. • Для выхода излучения одно из зеркал делается полупрозрачным.

Дополнительные устройства Также в лазерной системе могут монтироваться дополнительные устройства для получения различных эффектов, такие как ØПоворачивающиеся зеркала ØМодуляторы ØФильтры Ø поглотители. Их применение позволяет менять параметры излучения лазера, например, длину волны, длительность импульсов и т. д.