激光作用原理：激光輻射的特點

激光，它是基於普朗克輻射定律的物理，理論的作用第一的原則，愛因斯坦在1917年是合理的。 他所描述的吸收，自發的和刺激的使用概率係數（愛因斯坦係數）的電磁輻射。

開拓者

特奧多爾Meyman是首次證明作用原理 紅寶石激光器的， 基於使用閃光燈合成紅寶石光抽運，生成具有694納米的波長的相干輻射。

在1960年，伊朗科學家爪哇和Bennett創建使用He和Ne氣體的混合物中的1:10的比例的第一氣體激光器。

在1962年，R. N.霍爾使得第一 二極管激光器 由砷化鎵（GaAs）的，發射在850nm的波長。 同年晚些時候，尼克Golonyak開發可見光的第一半導體量子發生器。

該器件和激光的原理

各激光系統包括光學放置在一對平行且高度反射鏡中的，其中之一是半透明之間的有源介質，和用於泵浦它的動力源。 作為增益介質可以作為固體，液體或氣體，其具有以放大光波穿過它的內部具有電或光泵浦輻射的幅度的能力。 該物質被放置在一對反射鏡之間，從而在他們每次反射的光穿過它，並已達到一個顯著增加，穿透半反射鏡。

雙工環境

考慮激光作用原理與其原子僅具有兩個能級的有源介質：電子激發_ë2和基座_1。 如果經由任何泵送機構（光學的，電的放電電流或透射電子轟擊）的原子被激發的狀態下E _2，在幾納秒它們返回基本位置，輻射能量的光子hν= E ₂ -電子_1。 根據愛因斯坦的理論，發射兩種不同的方式產生：要么它是由光子引起的，或者是自發地發生。 在前一種情況下，發生受激發射第二個 - 自發的。 在 熱平衡， 受激發射的概率大於自發（1:10 ^33）低得多^，因此，大多數常規的非相干光源，並且在激光發射比熱平衡以外的條件是可能的。

即使是一個非常強大的抽群體水平的系統只能進行相等。 因此，為了實現粒子數反轉或其他光抽運方法需要一個三或四電平系統。

多層次的系統

什麼是三級激光的原理是什麼？ 頻率的強光_ν02照射泵了一大批從最低能量能級E ₀和上部的e _2的原子組成。 與原子_ë2至E ₁輻射躍遷建立E ₁和E ₀之間的粒子數反轉_，這在實踐中是唯一可能的，當原子處於亞穩狀態E ₁時間長_，並基於E ₁至E ₂迅速發生的轉變。 三電平的激光的工作原理是在這些條件下，所以，電子₀和E ₁之間_，粒子數反轉，實現和被放大的光子能量E ₁ -E ₀的受激發射。 更寬的能級E ₂可以增加吸收波長範圍，以更有效地泵送，從而在受激發射的生長。

三電平系統需要由於較低級別非常高的泵送功率，參與的產生，它是一種鹼。 在這種情況下，為了粒子數反轉發生到狀態E ₁大於一半的原子總數的待泵送更多。 在這種情況下，能量被浪費。 可以如果較低激光能級不是基礎，這需要至少一個四電平系統中大大降低了泵激功率。

根據活性物質的性質，所述激光器被分類為三個基本類型，即固體，液體和氣體。 自1958年以來，在一個紅寶石晶體中觀察到的第一代的情況下，科學家和研究人員已經研究了各種材料在每個類別中。

固態激光

該操作是基於使用的活性介質的是通過將絕緣晶格過渡金屬形成（TI ^3，鉻^{3，V 2，}鈷^2，鎳^2，鐵^+2，等等。D.） ，稀土離子（鈰^{3， 三價镨，}釹^{3，PM 3，SM 2，EU + 2，+ 3，TB 3，}鏑^3，何^3，鉺^{3，YB +3} ，等人），以及錒系元素如U ^3。 的能量水平只負責產生的離子。 基體材料的物理性質，如熱導率和 熱膨脹 是對於激光的高效操作來說是重要。 圍繞離子摻雜原子的晶格位置改變其能量水平。 在激活介質波產生的不同長度由在相同的離子摻雜的各種材料實現。

钬激光

的固態激光器的例子是一個量子發生器，其中钬原子取代了晶格的基體材料。 钬是最好激光材料之一。 钬激光器的工作原理是，釔鋁石榴石摻雜有钬離子，通過閃光燈光泵浦和在2097納米的紅外範圍內的波長是公由組織吸收發射。 使用對關節，牙科治療，這種激光運營蒸發癌細胞，腎和膽結石。

一種半導體量子發生器

量子阱激光器價格便宜，允許批量生產並易於擴展。 的操作原理 的半導體激光器 基於使用pn二極管結，其在正偏壓由載體的再結合產生特定波長的光，如LED的。 LED發射自發和激光二極管 - 強制。 要滿足以下條件：粒子數反轉，工作電流超過閾值。 在一個半導體二極管的活性介質具有二維層的連接區域的圖。

這種類型的激光器的操作原理是，為了保持不需要外部鏡振盪。 反射能力時，由於產生 於折射率 層和活性介質的內部反射，是足以用於此目的。 端面切割，其提供平行的反射面的二極管。

由相同類型的半導體材料所形成的化合物被稱為同質結，通過連接兩種不同的所確立 - 異質結。

p和n型用載流子的高密度的半導體形成具有非常薄的（≈1毫米）耗盡層的p-n結。

氣體激光器

操作和使用這種類型的激光的原理使得能夠創建幾乎任何容量的設備（從毫瓦到兆瓦）和波長（從紫外到紅外），並且可以在脈衝和連續模式操作。 基於活性物質的介質的性質，有三種類型的氣體激光器，即原子，離子和分子的。

大多數氣體激光器通過放電泵送。 在放電管的電子由電極之間的電場加速。 它們碰撞原子，離子或活性介質的分子並誘導過渡到更高的能量水平，以實現粒子數反轉和受激發射的狀態。

分子激光

激光作用的原理是基於這樣的事實，與原子和離子激光器的分離的原子和離子分子具有離散能級的寬能帶。 此外，每個電子能級具有大量的振動能級，並且這些反過來 - 幾個旋轉。

的電子能量級之間的能量是在光譜的UV和可見區域，而振動 - 轉動水平之間 - 在遠和近紅外區域。 因此，大多數的分子激光器在遙遠的或近紅外區域工作。

準分子激光

受激準分子是這樣的分子如的ArF，KrF受，XeCl受，其被劃分穩定基態和第一級。 接著，對激光的工作原理。 通常，在分子的基態的數量少，所以從基態直接泵送是不可能的。 通過具有與惰性氣體高能量的鹵化物的化合物形成在第一電子激發態的分子。 粒子數反轉是很容易實現，因為分子的在一個基本水平的數目太低，與興奮比較。 激光作用的原理，在短，是從束縛電子激發態轉變到基態離解。 基態的人口始終處於較低的水平，因為在該點的分子離解成原子。

該裝置和激光器原理在於，放電管填充有鹵化物（F _2）稀有氣（Ar）的混合物中。 在它的電子離解和離子化的鹵化物分子和創建負離子。 正離子的Ar ⁺和負的F ^-反應，以及與相干輻射的基本狀態和排斥力產生隨後的轉變相關聯的第一激發態產生的ArF分子。 準分子激光，作用原理和我們現在正在考慮使用，可用於染料的活性介質的泵。

液體激光器

與固體相比，液體是更均勻和具有活性原子的更高的密度，與氣體比較。 除了這個，他們不生產難度大，以方便散熱，可以輕鬆更換。 激光的作用原理被用作有機染料的增益介質，例如DCM（4-二氰基亞甲基-2-甲基-6-對 - 二甲基氨基-4H-吡喃），若丹明，苯乙烯基，LDS，香豆素，芪，和類似物。ð 。，溶解在適當的溶劑中。 染料分子的一種解決方案是通過輻射其波長具有良好的吸附係數興奮。 激光作用的原理，在短，是在較長波長下，稱為熒光產生。 的能量之間的差所吸收和發射的光子使用非輻射能量躍遷和加熱系統。

更寬的頻帶熒光液體激光器具有獨特的功能 - 波長調諧。 操作和使用這種類型的可調諧激光器和所述相干光源的原理，正在成為光譜，全息越來越重要，並且在生物醫學應用。

近來，激光器已經被用作染料為同位素分離。 在這種情況下，激光有選擇地激勵它們中的一個，促使開始的化學反應。