Українські рефератиучбові матеріали на українській мові

RefBaza.com.ua пропонує студентам та абітурієнтам найбільшу базу з рефератів! Також ви можете ділитися своїми рефератами для поповнення бази.

Газові лазери

Реферат: Газові лазери

ПЛАН:

1.Особенности лазерного випромінювання.

2.Природа лазерного випромінювання.

3.Разновидности лазерів. Газові лазери. Однією з найбільш чудових досягнень фізики другої половини ХХ століття було відкриття фізичних явищ, які послужили основою створення дивного приладу оптичного квантового генератора, чи лазера.

Лазер є джерело монохроматического когерентного світла із високим спрямованістю світлового променя. Саме поняття “лазер” складається з перших літер англійського словосполучення, що означає ”посилення світла результаті вимушеного випромінювання”.

Справді, основний фізичний процес, визначальний дію лазера, - це вимушене випущення випромінювання. Воно відбувається за взаємодії фотона з збудженою атомом при точному збігу енергії фотона з енергією порушення атома (чи молекули)

Внаслідок цього взаємодії атом перетворюється на невозбужденное стан, а надлишок енергії випромінюється як нового фотона точнісінько той самий енергією, напрямом поширення і поляризацією, як і в первинного фотона. Отже, наслідком цього процесу служить наявність вже двох абсолютно ідентичних фотонів. При подальшому взаємодії цих фотонів з збудженими атомами, аналогічними першому атома, може виникнути “ланцюгова реакція” розмноження однакових фотонів, “летять” вже напевне щодо одного напрямі, що сприятиме появі вузькоспрямованої світлового променя. Для виникнення лавини ідентичних фотонів необхідна середовище, у якій порушених атомів було набагато більше, ніж невозбужденных, оскільки за взаємодії фотонів з невозбужденными атомами відбувалося б поглинання фотонів. Така середовище називається середовищем з инверсной населенностью рівнів енергії.

Отже, крім вимушеного випущення фотонів збудженими атомами відбуваються також процес самовільного, спонтанного випущення фотонів під час переходу збудженими атомами в невозбужденное стан та інформаційний процес поглинання фотонів під час переходу атомів з невозбужденного стану в порушена. Ці три процесу, супроводжують переходи атомів в порушені гніву й назад, були постулированы А. Ейнштейном в 1916 р.

Якщо порушених атомів велика і існує инверсная выделенность рівнів (у верхній, порушену стані атомів більше, ніж у нижньому, невозбужденном), то перший фотон, що у результаті спонтанного випромінювання, викликає всенарастающую лавину появи ідентичних фотонів. Відбудеться посилення спонтанного випромінювання.

На можливість посилення світла середовищі з инверсной населенностью з допомогою вимушеного випущення вперше зазначила у 1939 р. радянський фізик

В.А. Фабрикант, який запропонував створювати инверсную населеність в електричному розряді в газі.

При одночасному народженні (принципово може бути) значної частини спонтанно випущених фотонів виникне велика кількість лавин, кожна з яких поширюватиметься у своїй напрямі, заданому початковою фотоном відповідної лавини. У результаті одержимо потоки квантів світла, але з зможемо одержати ані спрямованого променя, ні високої монохроматичности, оскільки кожна лавина ініціювалася власним початковою фотоном. Щоб середу ввечері з инверсной населенностью можна було використовуватиме генерації лазерного променя, т. е. спрямованого променя із високим монохроматичностью, необхідно “знімати” инверсную населеність з допомогою первинних фотонів, вже які мають одному й тому ж енергією, яка відповідає енергією даного переходу в атомі. І тут ми не матимемо лазерний підсилювач світла.

Існує, проте, інший варіант отримання лазерного променя, пов'язані з використанням системи зворотний зв'язок. Спонтанно народжені фотони, напрям поширення яких немає перпендикулярно площині дзеркал, створять лавини фотонів, котрі виступають поза межі середовища. У той самий час фотони, напрям поширення яких перпендикулярно площині дзеркал, створять лавини, багаторазово все частіші серед внаслідок багаторазового відображення від дзеркал. Якщо одна з дзеркал володітиме невеликим пропусканием, то нього виходитиме спрямований потік фотонів перпендикулярно площині дзеркал. При правильно підібраному пропущенні дзеркал, точної їх їх настроюванні щодо одне одного й щодо подовжньої осі середовища з инверсной населенностью зворотний може бути настільки ефективної, що випромінюванням “убік” можна буде потрапити повністю знехтувати проти випромінюванням, які виходять через дзеркала. Насправді це, справді, вдасться зробити. Таку схему зворотний зв'язок називають оптичним резонатором, і саме ця тип резонатора використав більшості існуючих лазерів.

У 1955 р. це й незалежно Н.Г. Басовым і А.М. Прохоровым у СРСР і Ч. Таунсом США було запропоновано принцип створення у світі генератора квантів електромагнітного випромінювання на середовищі з инверсной населенностью, у якому вимушене випущення у результаті застосування зворотний зв'язок зумовлювало генерації надзвичайно монохроматического випромінювання.

Через кілька років, в 1960 р., американським фізиком Т. Мейманом створили перший діючий квантовий генератор оптичного діапазону – лазер, у якому зворотний здійснювалася з допомогою описаного вище оптичного резонатора, а инверсная населеність збуджувалася в кристалах рубіна, облучаемых випромінюванням ксеноновой лампи-спалаху. Рубиновый кристал є кристал оксиду алюмінію АL2О3 з низькою добавкою = 0,05% хрому. При додаванні атомів хрому прозорі кристали рубіна набувають рожевий колір і поглинають випромінювання у двох шпальтах ближньої ультрафіолетової області спектра. Усього кристалами рубіна поглинається близько 15% світла лампи-спалаху. При поглинанні світла іонами хрому відбувається перехід іонів в порушена стан. Через війну внутрішніх процесів порушені іони хрому переходить до основне стан не відразу, а ще через два порушених рівня. Цими рівнях відбувається накопичення іонів, й досить потужної спалах ксеноновой лампи виникає инверсная населеність між проміжними рівнями і основним рівнем іонів хрому.

Торцы рубінового стрижня полірують, покривають що відбивають интерференционными плівками, витримуючи у своїй сувору паралельність торців одна одній.

У разі інверсії населенностей рівнів іонів хрому в рубіні відбувається лавинное наростання числа вимушено испущеных фотонів, і зворотний зв'язок на оптичному резонаторе, утвореному дзеркалами на торцях рубінового стрижня, забезпечує формування вузькоспрямованої променя червоного світла. Тривалість лазерного імпульс a=0,0001с, трохи коротше тривалості спалахи ксеноновой лампи. Енергія імпульсу рубінового лазера близько 1ДЖ.

З допомогою механічної системи (обертове дзеркало) чи швидкодіючого електричного затвора можна “включити “ зворотний зв'язок (налаштувати одна з дзеркал) в останній момент досягнення максимальної інверсії населенностей і, отже, максимального посилення активної середовища. І тут потужність індукованого випромінювання надзвичайно великою і інверсія населеності “зніметься” вимушеним випромінюванням за короткий термін.

У цьому вся режимі модульованої добротності резонатора випромінюється гігантський імпульс лазерного випромінювання. Повна енергія цього імпульсу залишиться приблизитепьно тому ж рівні, що у режимі “вільної генерації”, але внаслідок скорочення у сотні разів тривалості імпульсу й у в сотні разів зростає потужність випромінювання, досягаючи значення =100000000Вт.

Розглянемо деякі унікальні властивості лазерного випромінювання.

При спонтанному випромінюванні атом випромінює спектральную лінію кінцевої ширини. При лавинообразном наростання числа вимушено випущених фотонів серед з инверсной населенностью інтенсивність випромінювання цієї лавини зростатиме насамперед у центрі спектральною лінії даного атомного переходу, і цього цього процесу ширина спектральною лінії початкового спонтанного випромінювання зменшуватиметься. Насправді у спеціальних умовах вдасться зробити відносну ширину спектральною лінії лазерного випромінювання в 1*10000000-1*100000000 разів менша, ніж ширина самих вузьких ліній спонтанного випромінювання, можна побачити у природі.


Схожі реферати

Статистика

[1] 2 3 4