Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja je jednostavno. Koristite obrazac ispod

Studenti, postdiplomci, mladi naučnici koji koriste bazu znanja u svom studiranju i radu biće vam veoma zahvalni.

Hostirano na http://www.allbest.ru/

1. Uvod

2. Princip rada lasera

3. Gasni laseri

4. Helijum-neonski laser

5. Helijum-neonski laser tipa LG-36a

6. Primena helijum-neonskog lasera u medicini

7. Neke informacije o modernim helijum-neonskim laserima

8. Spisak korišćene literature

1. Uvod

Laseri ili optički kvantni generatori su moderni izvori koherentnog zračenja. Njihovo stvaranje bilo je jedno od najvažnijih dostignuća fizike dvadesetog veka. Laseri su našli prilično široku primenu u gotovo svim oblastima nauke, kao i u tehnologiji, medicini i vojnim poslovima.

Uronimo malo u istoriju:

Ideja o proučavanju plinskih pražnjenja radi posmatranja stimulisane emisije početkom 20. stoljeća nikome nije pala na pamet - uostalom, naučnici još nisu ni sumnjali u njegovo postojanje.

Godine 1913. Albert Ajnštajn je pretpostavio da bi se zračenje moglo stvoriti u unutrašnjosti zvijezda pod djelovanjem prisilnih fotona. U klasičnom članku "Kvantna teorija zračenja", objavljenom 1917., Ajnštajn ne samo da je zaključio postojanje takvog zračenja iz opštih principa kvantne mehanike i termodinamike, već je i dokazao da ono ima isti pravac, talasnu dužinu, fazu i polarizaciju. , odnosno koherentno forsiranje zračenja. I deset godina kasnije, Paul Dirac je rigorozno potkrijepio i sažeo ove zaključke.

Prvi eksperimenti.

Rad teoretičara nije prošao nezapaženo. Godine 1928. Rudolf Ladenburg, direktor odjela za atomsku fiziku na Institutu za fizičku hemiju i elektrohemiju Društva Kaiser Wilhelm, i njegov učenik Hans Kopfermann eksperimentalno su promatrali inverziju populacije u eksperimentima s neonskim cijevima. Ali stimulisana emisija bila je vrlo slaba, i bilo ju je teško razlikovati od pozadine spontane emisije.

Jedan od pokušaja stvaranja lasera bio je prilično ozbiljan rad vezan za pojačanje optičkih signala korištenjem stimulirane emisije. Ovo djelo je bila doktorska disertacija Moskovljanina Valentina Fabrikanta, objavljena 1940. godine. Godine 1951. V.A. Fabrikant, F.A. Butaev i M.M. Vudinski je podneo prijavu za pronalazak nove metode pojačavanja elektromagnetnog zračenja zasnovanog na upotrebi medija sa inverzijom populacije. Nažalost, ovaj rad je objavljen tek 8 godina kasnije i malo ko ga je primijetio, a pokušaji izrade operativnog optičkog pojačala pokazali su se bezuspješnim. Razlog tome je nedostatak rezonatora.

Put do stvaranja lasera nisu pronašli optičari, već radiofizičari, koji su već dugo bili u stanju izgraditi generatore i pojačivače elektromagnetskih oscilacija koristeći rezonatore i povratne informacije. Oni su bili predodređeni da dizajniraju prve kvantne generatore koherentnog zračenja, samo ne svjetlosti, već mikrovalne.

Mogućnost stvaranja takvog generatora prvi je shvatio Charles Townes, profesor fizike na Univerzitetu Kolumbija. Shvatio je da je moguće izgraditi mikrotalasni generator koristeći snop molekula sa nekoliko energetskih nivoa. Da bi to učinili, potrebno ih je razdvojiti elektrostatičkim poljima i odvesti snop pobuđenih molekula u metalnu šupljinu, gdje će ići na niži nivo, emitujući elektromagnetne valove. Da bi ova šupljina radila kao rezonator, njene linearne dimenzije moraju biti jednake dužini emitovanih talasa. Towns je podijelio ovu misao sa diplomiranim studentom Jamesom Gordonom i istraživačkim asistentom Herbertom Zeigerom. Za ulogu medijuma odabrali su amonijak, čiji molekuli emituju talase dužine 12,6 mm pri prelasku sa pobuđenog vibracionog nivoa na nivo tla. U aprilu 1954. Townes i Gordon lansirali su prvi mikrotalasni kvantni generator na svijetu. Townes je ovaj uređaj nazvao maserom.

U Laboratoriji za oscilacije Fizičkog instituta Akademije nauka SSSR-a istom temom bavili su se viši istraživač Aleksandar Prohorov i njegov diplomirani student Nikolaj Basov. U maju 1952. godine, na Svesaveznoj konferenciji o radio spektroskopiji, sačinili su izvještaj o mogućnosti stvaranja kvantnog pojačala za mikrovalno zračenje koji bi radio na snopu molekula istog amonijaka. Godine 1954., ubrzo nakon objavljivanja rada Townsa, Gordona i Zeigera, Prokhorov i Basov su objavili članak koji je dao teorijsko opravdanje za rad takvog uređaja. Townes, Basov i Prokhorov dobili su Nobelovu nagradu 1964. za svoja istraživanja.

Od mikrotalasne do svetla.

Budući da se valne dužine svjetlosti mjere u desetinkama mikrona, proizvodnja šupljinskog rezonatora ove veličine bila je nerealna. Vjerovatno je mogućnost generiranja svjetlosti pomoću makroskopskih rezonatora otvorenog ogledala prvi realizirao američki fizičar Robert Dicke, koji je u svibnju 1956. formalizirao ovu ideju u patentnoj prijavi. U septembru 1957. Townes je skicirao plan za takav generator u bilježnici i nazvao ga optički maser. Godinu dana kasnije, Towns je zajedno sa Arturom Šavlovim i nezavisno od njih, Prohorovom, objavio radove koji sadrže teorijska opravdanja za ovu metodu generisanja koherentnog svetla.

Sam izraz "laser" nastao je mnogo ranije. Ova engleska skraćenica, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (doslovno prevedena kao "pojačanje svjetlosti stimuliranom emisijom zračenja", iako je još uvijek uobičajeno da se laseri nazivaju ne pojačavačima, već generatorima zračenja, zamjenjujući riječ pojačanje sa generiranjem daje se neizgovoriv zvuk kombinaciju lgser), došao je sa doktorandom Univerziteta Kolumbija Gordonom Gouldom, koji je samostalno izvršio detaljnu analizu metoda za dobijanje stimulisane emisije optičkog opsega.

Prvi radni laser došao je iz ruku Theodora Meimana, zaposlenika Hughes Aircraft Corporation, koji je odabrao rubin kao aktivni medij. Meiman je shvatio da atomi hroma odvojeni velikim prazninama mogu "sjati" ništa gore od atoma gasa. Da bi dobio optičku rezonancu, nanio je tanak sloj srebra na polirane paralelne krajeve cilindra od sintetičkog rubina. Cilindar je po narudžbi napravio Union Carbide, što im je trebalo pet mjeseci da završe. Meiman je postavio rubin stub u spiralnu cijev, koja daje sjajne bljeskove svjetlosti. 16. maja 1960. prvi laser na svijetu ispalio je svoj prvi zrak. A u decembru iste godine, helijum-neonski laser koji su kreirali Ali Javan, William Bennett i Donald Harriot lansiran je u Bell Labs.

Naučna vrijednost i praktična upotreba lasera bili su toliko očigledni da su ih odmah preuzele hiljade naučnika i inženjera iz različitih zemalja. Godine 1961. lansiran je prvi laser od neodimijumskog stakla, u roku od pet godina razvijene su poluvodičke laserske diode, laseri na organskim bojama, hemijski laseri i laseri na ugljični dioksid. Zhores Alferov i Herbert Kremer su 1963. samostalno razvili teoriju poluvodičkih heterostruktura, na osnovu koje su kasnije stvoreni mnogi laseri.

Kao što je već spomenuto, laseri su ušli u naše živote i prilično dobro se u njemu smjestili, zauzimajući dobru poziciju u mnogim područjima nauke i tehnologije.

Kao radna tela savremenih lasera koriste se supstance u različitim agregatnim stanjima: gasovi, tečnosti, čvrste materije.

Želim se fokusirati na gasne lasere i detaljnije proučiti laser čiji je aktivni medij mješavina helijuma i neona.

akcija helijum neonski laserski lijek

2. Princip rada lasera

Znamo da ako se atomu koji se nalazi na prizemnom nivou W 1 da energija, onda on može preći na jedan od pobuđenih nivoa (slika 1a). Naprotiv, pobuđeni atom može spontano (spontano) otići na jedan od nižih nivoa, pritom emitujući određeni dio energije u obliku kvanta svjetlosti (slika 1b). Ako se emisija svjetlosti dogodi tokom prijelaza atoma sa energetskog nivoa Wm na energetski nivo Wn, tada je frekvencija emitirane (ili apsorbirane) svjetlosti

n mn \u003d (W m - W n) / h.

Upravo se ti spontani procesi zračenja dešavaju u zagrijanim tijelima i svjetlećim plinovima. Zagrijavanjem ili električnim pražnjenjem neki od atoma se prenose u pobuđeno stanje; prelazeći u niža stanja, emituju svetlost. U procesu spontanih prijelaza, atomi emituju svjetlost nezavisno jedan od drugog. Kvante svjetlosti nasumično emituju atomi u obliku nizova valova. Vozovi nisu vremenski međusobno usklađeni, tj. imaju drugačiju fazu. Stoga je spontana emisija nekoherentna.

Uz spontanu emisiju pobuđenog atoma, postoji i stimulisana (ili indukovana) emisija: pobuđeni atomi zrače pod dejstvom spoljašnjeg brzo promenljivog elektromagnetnog polja, kao što je svetlost. Ispada da pod djelovanjem vanjskog elektromagnetnog vala atom emituje sekundarni val, u kojem se frekvencija, polarizacija, smjer širenja i faza potpuno poklapaju s parametrima vanjskog vala koji djeluje na atom. Postoji neka vrsta kopiranja spoljašnjeg talasa (slika 1c). Koncept stimulisane emisije u fiziku je uveo A. Einstein 1916. godine. Fenomen stimulisane emisije omogućava kontrolu emisije atoma pomoću elektromagnetnih talasa i na taj način generisanje i pojačavanje koherentne svetlosti.

Da bi se to desilo, moraju biti ispunjena tri uslova.

1. Potrebna je rezonanca - podudarnost frekvencije upadne svjetlosti sa jednom od frekvencija h mn spektra atoma. Za ispunjenje rezonantnog uslova pobrinula se sama priroda, budući da emisioni spektri identičnih atoma su apsolutno identični.

2. Drugi uslov je vezan za stanovništvo različitih nivoa. Uz stimulisanu emisiju svjetlosti od strane atoma u gornjem nivou W m , rezonantna apsorpcija se javlja i od strane atoma koji naseljavaju donji nivo W n . Atom koji se nalazi na donjem nivou W n apsorbuje kvant svetlosti, dok se kreće na gornji nivo W m .

Rezonantna apsorpcija sprječava stvaranje svjetlosti.

Hoće li sistem atoma generirati svjetlost ili ne ovisi o tome kojih atoma ima više u tvari. Da bi došlo do generisanja, potrebno je da broj atoma na gornjem nivou N m bude veći od broja atoma na nižem nivou N n između kojih dolazi do prelaza.

Naravno, možete koristiti samo par nivoa između kojih je prelaz moguć, jer nisu svi prelazi između bilo koja dva nivoa po prirodi dozvoljeni. U prirodnim uslovima, manje je čestica na višem nivou na bilo kojoj temperaturi nego na nižem nivou. Stoga će u bilo kojem tijelu, bez obzira koliko je jako zagrijano, apsorpcija svjetlosti prevladati nad zračenjem tokom prisilnih prijelaza.

Da bi se potaknulo stvaranje koherentne svjetlosti, potrebno je poduzeti posebne mjere kako bi gornji od dva odabrana nivoa bio naseljeniji od donjeg. Stanje materije u kojem je broj atoma na jednom od nivoa sa višom energijom veći od broja atoma na nivou sa nižom energijom naziva se aktivno stanje ili stanje sa inverzijom populacije (obrnutom).

Dakle, da bi se potaknulo stvaranje koherentne svjetlosti, potrebna je inverzija populacije za par nivoa, prijelaz između kojih odgovara frekvenciji generiranja.

3. Treći problem koji treba riješiti da bi se napravio laser je problem povratne sprege. Da bi svjetlost kontrolirala emisiju atoma, potrebno je da dio emitovane svjetlosne energije uvijek ostane unutar radne tvari, da tako kažemo, za "reprodukciju", uzrokujući prisilnu emisiju svjetlosti od strane sve većeg broja novih atoma. To se radi uz pomoć ogledala. U najjednostavnijem slučaju, radna tvar se postavlja između dva ogledala, od kojih jedno ima koeficijent refleksije od oko 99,8%, a drugo (izlaz) - oko 97-98%, što se može postići samo upotrebom dielektričnih premaza. . Svjetlosni val emitiran na bilo kojem mjestu kao rezultat spontanog prijelaza atoma pojačava se zbog stimulirane emisije kada se širi kroz radnu tvar. Kada dođe do izlaznog ogledala, svjetlost će djelomično proći kroz njega. Ovaj dio svjetlosne energije emituje laser napolju i može se koristiti. Deo svetlosti, reflektovan od poluprozirnog izlaznog ogledala, stvara novu lavinu fotona. Ova lavina se neće razlikovati od prethodne zbog svojstava stimulisane emisije.

U ovom slučaju, kao iu svakom rezonatoru, uvjet rezonancije je zadovoljen samo za one valove za koje cijeli broj valnih dužina stane na dvostruku optičku putanju unutar rezonatora. Najpovoljniji uslovi se stvaraju za talase koji se šire duž ose rezonatora, što obezbeđuje izuzetno visoku usmerenost laserskog zračenja.

Ispunjenje opisanih uslova je još uvijek nedovoljno za lasersku proizvodnju. Da bi došlo do stvaranja svjetlosti, povećanje aktivne tvari mora biti dovoljno veliko. Mora premašiti određenu vrijednost, koja se zove prag. Zaista, neka se dio svjetlosnog toka koji pada na izlazno ogledalo reflektuje nazad. Pojačanje na dvostrukoj udaljenosti između ogledala (jedan prolaz) treba biti takvo da svjetlosna energija koja se vraća izlaznom ogledalu ne bude manja od prethodnog puta. Tek tada će svjetlosni val početi da raste iz prolaza u prolaz. Ako to nije slučaj, onda će tokom drugog prolaza izlazno ogledalo dostići nižu energiju nego u prethodnom trenutku, tokom trećeg - još nižu, itd. Proces slabljenja će se nastaviti sve dok se svjetlosni tok potpuno ne ugasi. Jasno je da što je niži koeficijent refleksije izlaznog ogledala, to radna supstanca mora imati veće granično pojačanje. Dakle, ogledala su na prvom mjestu na listi izvora gubitaka.

Dakle, hajde da ukratko formulišemo uslove neophodne za stvaranje izvora koherentne svetlosti:

· potrebna je radna supstanca sa inverznom populacijom. Tek tada je moguće dobiti pojačanje svjetlosti zbog prisilnih prijelaza;

· radnu supstancu treba postaviti između ogledala, koja daju povratnu informaciju;

· pojačanje koje daje radna supstanca, što znači da broj pobuđenih atoma ili molekula u radnoj materiji mora biti veći od granične vrednosti, koja zavisi od koeficijenta refleksije izlaznog ogledala.

Ako su ova tri uslova ispunjena, dobićemo sistem sposoban da generiše koherentnu svetlost, a zove se laser.

3. Gasni laseri

Gas nazivaju se laseri, u kojima je aktivni medij plin, mješavina nekoliko plinova ili mješavina plinova s ​​metalnom parom.

Karakteristike gasovitog aktivnog medija.

Medij u gasnim laserima ima nekoliko izuzetnih svojstava. Prije svega, samo plinoviti mediji mogu biti transparentni u širokom spektralnom rasponu od vakuumskog UV područja spektra do IR, u suštini mikrovalnog, opsega. Kao rezultat toga, plinski laseri rade u širokom rasponu valnih dužina.

Dalje. U poređenju sa čvrstim materijama i tečnostima, gasovi imaju znatno manju gustinu i veću homogenost. Stoga je svjetlosni snop u plinu manje izobličen i raspršen. Ovo olakšava postizanje granice difrakcije divergencije laserskog zračenja. Pri niskoj gustoći, plinove karakterizira Doplerovo proširenje spektralnih linija, čija je vrijednost mala u poređenju sa širinom luminiscentne linije u kondenziranom mediju. To olakšava postizanje visoke monohromatnosti zračenja gasnih lasera.

Kao što je poznato, da bi se ispunili uslovi samopobude, dobitak u aktivnom mediju tokom jednog prolaza laserskog rezonatora mora biti veći od gubitaka. U gasovima, odsustvo nerezonantnih gubitaka energije direktno u aktivnom mediju olakšava ispunjenje ovog uslova. Tehnički je teško proizvesti ogledala sa gubicima znatno manjim od 1%. Stoga, dobitak mora biti veći od 1%. Relativna lakoća ispunjavanja ovog zahtjeva u plinovima, na primjer, povećanjem dužine aktivnog medija, objašnjava prisustvo velikog broja gasnih lasera u širokom rasponu valnih dužina.

Istovremeno, niska gustina gasova sprečava da se dobije tako velika gustina pobuđenih čestica, što je karakteristično za čvrsta tela.

Zbog toga je specifična izlazna energija gasnih lasera znatno niža nego kod lasera na kondenzovanu materiju.

Specifičnost gasova se takođe manifestuje u raznovrsnosti različitih fizičkih procesa koji se koriste za stvaranje inverzije populacije. To uključuje ekscitaciju tokom sudara u električnom pražnjenju, pobudu u gasnodinamičkim procesima, hemijsku ekscitaciju, optičko pumpanje (laserskim zračenjem) i pobudu elektronskim snopom.

U laseru, o čemu će biti više reči kasnije u ovom radu, pobuda se vrši električnim pražnjenjem.

4. Helijum neonski laser

Laser s mješavinom helijuma i neona bio je prvi laser kontinuiranog talasa u kojem zračenje talasne dužine od 1,15 μm nastaje kao rezultat prijelaza između 2S i 2P nivoa u atomima Ne.

Kasnije su drugi prelazi u Ne korišćeni za dobijanje lasera na n = 0,6328 μm i na n = 3,39 μm.

Akcija se može objasniti uz pomoć slike 3. U gasnoj mešavini koja obično sadrži helijum (1 mmHg) i neon (0,1 mmHg), stvara se jednosmerno ili visokofrekventno pražnjenje.

Fig.3

Elektroni ubrzani električnim poljem prenose atome helija u različita pobuđena stanja. Tokom normalne kaskadne relaksacije pobuđenih atoma u osnovno stanje, mnogi od njih se akumuliraju na dugovječnim metastabilnim nivoima 2(3)S 2(1)S čiji je životni vijek 10 -4 i 5*10 -6 sekundi, respektivno. Pošto se ovi metastabilni nivoi skoro poklapaju u energiji sa nivoima 2S i 3S u Ne, oni mogu preneti ekscitaciju na atome Ne. Biti u osnovnom stanju i razmjenjivati ​​energiju s njima. Mala razlika u energiji (?400 cm -1 u slučaju 2S nivoa) se pretvara u kinetičku energiju atoma nakon sudara. Ovo je glavni mehanizam za pumpanje u He-Ne sistemu.

1. Generacija na talasnoj dužini od 0,6328 μm. Gornji laserski nivo je jedan od 3S neonskih nivoa, dok donji pripada grupi 2P. Niži 2P nivo se radijativno raspada sa vremenskom konstantom od oko 10 -8 s. u dugovečno 1S stanje. Ovo vrijeme je mnogo kraće od životnog vijeka (10 -7 s) gornjeg 3S laserskog nivoa. Dakle, uslov za inverziju populacije u tranziciji 3S–2P je zadovoljen.

Nivo 1S je važan. Atomi se zadržavaju na njemu tokom radijacionih prelaza sa nižeg 2P laserskog nivoa zbog dugog veka trajanja ovog nivoa. Atomi u 1S stanju sudaraju se sa elektronima pražnjenja i pobuđuju se nazad na niži nivo 2P lasera. Ovo smanjuje inverziju. Atomi u 1S stanjima se opuštaju nazad u osnovno stanje uglavnom nakon sudara sa zidom cijevi za pražnjenje. Iz tog razloga, pojačanje na prijelazu od 0,6328 µm raste sa smanjenjem promjera cijevi.

2. Generacija na talasnoj dužini od 1,15 μm. Gornji laserski nivo 2S neona se pumpa tokom rezonantnih (tj. uz očuvanje unutrašnje energije) sudara sa metastabilnim 2 3 S nivoom helijuma. Donji nivo je isti kao u slučaju generisanja na prelazu od 0,6328 μm, što takođe dovodi do zavisnosti populacije nivoa neona 1S od sudara sa zidovima.

3. Generacija na talasnoj dužini od 3,39 μm. To je zbog 3S-3P prijelaza u neonskim atomima. Sada je gornji nivo lasera isti kao i tokom generisanja, na talasnoj dužini od 0,6328 μm. Na ovom prelazu, optičko pojačanje za mali signal 1 dostiže oko 50 dB/m. Ovaj veliki dobitak se dijelom objašnjava kratkim vijekom trajanja 3P nivoa, što omogućava stvaranje velike inverzije. Zbog velikog pojačanja na ovom prelazu, generisanje na talasnoj dužini od 3,39 µm sprečava generisanje na talasnoj dužini od 0,6328 µm. To je zato što se granični uvjeti prvo postižu za prijelaz od 3,39 µm. Jednom kada se to dogodi, zasićenje pojačanja počinje da ometa svako dalje povećanje populacije na nivou 3S. Kod lasera sa talasnom dužinom od 0,6328 μm to se bori uvođenjem dodatnih elemenata u optički snop, na primer staklenih ili kvarcnih Brewsterovih prozora, koji snažno apsorbuju zračenje talasne dužine od 3,39 μm i prenose od 0,6328 μm. U ovom slučaju, granični nivo pumpanja za laseriranje za n=3,39 μm postaje veći od nivoa lasera za 0,6328 μm.

Govorimo o pojačanju vrlo slabog talasa koji se širi kroz područje pražnjenja unutar laserske šupljine u jednom prolazu. Kod lasera, pojačanje prolaza se smanjuje zasićenjem dok ne bude jednako gubitku prolaza.

5. Ghelijum-neonski laser tip LG-36a

U helijum-neonskom laseru, radna gasna mešavina se nalazi u cevi za gasno pražnjenje (slika 4), čija dužina može doseći 0,2-1 m.

Cijev je izrađena od visokokvalitetnog stakla ili kvarca. Proizvodna snaga u velikoj mjeri ovisi o promjeru cijevi. Povećanje promjera dovodi do povećanja volumena radne smjese, što doprinosi povećanju proizvodne snage. Međutim, kako se promjer cijevi povećava, temperatura elektrona plazme opada, što dovodi do smanjenja broja elektrona sposobnih da pobuđuju atome plina. Što u konačnici smanjuje proizvodnu snagu. Da bi se smanjili gubici, krajevi cijevi za pražnjenje plina zatvoreni su ravnoparalelnim pločama, koje nisu smještene okomito na os cijevi, već tako da normala na ovu ploču čini kut i B = arctg n (n je indeks prelamanja materijala ploče), nazvan Brewsterov ugao. Posebnost refleksije elektromagnetnog talasa sa međuprostora između različitih medija pod uglom i B široko se koristi u laserskoj tehnologiji. Postavljanje izlaznih prozora ćelije sa aktivnim medijem pod Brewsterovim uglom na jedinstven način određuje polarizaciju laserskog zračenja. Za zračenje polarizovano u ravni upada, gubici u rezonatoru su minimalni. Naravno, to je linearno polarizovano zračenje koje se uspostavlja u laseru i preovlađuje.

Cijev za pražnjenje plina smještena je u optički rezonator, koji se sastoji od ogledala s interferentnim premazom. Ogledala su fiksirana u prirubnicama, čija konstrukcija omogućava da se ogledala rotiraju u dvije međusobno okomite ravni prilikom podešavanja rotacijom vijaka za podešavanje. Pobuđivanje plinske mješavine vrši se primjenom visokofrekventnog napona iz izvora napajanja na elektrode. Napajanje je visokofrekventni generator koji stvara elektromagnetske oscilacije frekvencije od oko 30 MHz pri snazi ​​od nekoliko desetina vati.

Plinski laseri se široko napajaju jednosmjernom strujom napona od 1000-2000 V, dobivenom pomoću stabiliziranih ispravljača. U ovom slučaju, cijev za pražnjenje plina je opremljena grijanom ili hladnom katodom i anodom. Za paljenje pražnjenja u cijevi koristi se elektroda na koju se primjenjuje impulsni napon od oko 12 kV. Ovaj napon se dobija pražnjenjem kondenzatora od 1-2 mikrofarada kroz primarni namotaj impulsnog transformatora.

Prednosti helijum-neonskih lasera su koherentnost njihovog zračenja, mala potrošnja energije (8-10 W) i mala veličina. Glavni nedostaci su niska efikasnost (0,01-0,1%) i niska izlazna snaga, koja ne prelazi 60 mW. Ovi laseri mogu raditi i u impulsnom režimu, ako se za pobudu koristi impulsni napon velike amplitude u trajanju od nekoliko mikrosekundi.

6. Ge applicationlitijum-neonski laser u medicini

Kao što je već spomenuto, helijum-neonski laser ima široku primjenu. U ovom radu želim da razmotrim upotrebu ovog lasera u medicini. Naime, upotreba helijum-neonskog lasera za obnavljanje i poboljšanje ljudskih performansi.

Laseri se u medicini koriste više od 20 godina. Tokom ovog perioda, studije koje koriste lasersko zračenje su se oblikovale u specijalizovanom području biomedicinske nauke, koje uključuje dva glavna područja: uništavanje tkiva patoloških žarišta relativno snažnim laserskim zračenjem i biostimulacijski efekti niskoenergetskog zračenja.

Istraživanja su pokazala da helijum-neonski laser stimulativno deluje na živi organizam, pomaže u čišćenju rana od mikroorganizama i ubrzava epitelizaciju, poboljšava funkcionalne parametre centralnog nervnog sistema i cerebralnu cirkulaciju kod pacijenata sa hipertenzijom; uzrokuje prestanak boli ili njihovo smanjenje kod pacijenata s osteohondrozo kralježnice.

Mnogi istraživači su pokazali da je energija koju donosi lasersko zračenje "potražna" u slučaju kada je to zbog potreba samoregulacije ljudskog stanja. To daje pravo vjerovati da lasersko zračenje nije iritantno, uzbudljivo, već ima normalizirajući karakter bez pinga.

Razmotrimo detaljnije studiju koju je proveo kandidat medicinskih nauka, vanredni profesor T.I. Dolmatova, G.L. Shreiberg, kandidat bioloških nauka, vanredni profesor N.I. Blizanac Moskovske državne akademije za fizičku kulturu Sveruskog istraživačkog instituta za fizičku kulturu. Lokalno su djelovali laserskim snopom na biološki aktivne točke (BAP) na površini tijela. Helij-neonski laser na BAT korišten je u sportu za proučavanje procesa oporavka nakon fizičkog napora i posljedica zračenja. Lasersko zračenje je izvedeno aparatom AG-50, čija je talasna dužina bila 632 A, snaga zračenja 10 mV, površina zračenja 0,5 cm2; tačke ozračivanja - "he-gu" 2, "ju-san-li", vrijeme ekspozicije - 2,0 minuta za svaku simetričnu tačku, ukupno vrijeme ekspozicije - 10 minuta, postupak se provodio svakodnevno 10 dana.

Sportisti su prije vježbanja zračeni helijum-neonskim laserom. Petog dana su primijetili bolji oporavak nakon vježbanja, bolje su podnijeli i trening sa velikim tegovima. Do 10. dana izlaganja helijum-neonskom laseru zdravlje sportista je ostalo dobro, sa zadovoljstvom su trenirali i dobro podnosili opterećenja. Laserom su djelovali i u periodu oporavka, neposredno nakon vježbanja, studije su pokazale da je oporavak, opuštanje, dobar san nastupio brže nego bez izlaganja zračenju, došlo je do smanjenja broja otkucaja srca i smanjenja maksimalnog i minimalnog krvnog tlaka.

Tako su svi sportisti koji su bili zračeni helijum-neonskim laserom imali izraženije povećanje sportskih performansi tokom ciklusa treninga, a oporavak je tekao mnogo bolje nego bez izlaganja zračenju.

He-gu tačka se nalazi na vrhu pregiba između stisnutog kažiprsta i palca.

7. Neke informacije o sovamapojasni helijum-neonski laseri

Najčešće su zatvorene He-Ne plazma cijevi s ugrađenim ogledalima i visokonaponskim izvorima napajanja. Laboratorijski He-Ne laseri sa vanjskim ogledalima također postoje i skupi su.

Talasne dužine:

· Crvena 632,8 nm (zapravo izgleda kao narandžasto-crvena) je sada najčešća.

Narandžasta 611,9 nm

Žuta 594,1 nm

Zelena 543,5 nm

· IR 1523,1 nm (takođe postoje, ali su manje efikasni i stoga skuplji za jednaku snagu zraka).

Kvalitet zraka:

Izuzetno visoka. Izlazno zračenje je dobro kolimirano bez dodatne optike i ima odličnu dužinu koherentnosti (od 10 cm do nekoliko metara ili više). Većina malih cijevi radi u jednom poprečnom modu (TEM00).

Izlazna snaga:

Od 0,5 do 35 mW (najčešći), ima 250 mW i više.

Neke namjene:

Tvornička postavka i mjerenja; brojanje i analiza krvnih stanica; medicinsko vodstvo i promatranje tijekom operacija (za lasere velike snage); štampanje, skeniranje i digitalizacija visoke rezolucije; Skeneri barkodova; metrologija smetnji i mjerenje brzine; beskontaktna mjerenja i monitoring; opća optika i holografija; laserske emisije; Laserski disk i drugi mediji za pohranu podataka.

Cijena:

$25 do $5,000 ili više ovisno o veličini, kvaliteti, stanju (novo ili ne).

Prednosti:

Jeftino, dijelovi široko dostupni, pouzdani, dugotrajni.

8. Bibliografija

1. NV Karlov Predavanja iz kvantne fizike. 314s.

2. A. S. Boreisho laseri: uređaj i akcija. Sankt Peterburg 1992. 214 str.

3. A. Yariv Uvod u optičku elektroniku. “Gimnazija”, Moskva 1983. 398 str.

4. Yu. V. Baiborodin Osnove laserske tehnologije. "Viša škola" 1988. 383 str.

Hostirano na Allbest.ru

Slični dokumenti

Opšte karakteristike helijum-neonskog lasera, njegov dizajn i proračun glavnih parametara: pojačanje aktivnog medija, optimalna struja, dužina šupljine, radijus struka snopa, efektivna površina poprečnog preseka snopa, snaga pumpe i efikasnost.

test, dodano 24.07.2013


Osnova principa rada lasera. Klasifikacija lasera i njihove glavne karakteristike. Upotreba lasera u obeležavanju robe. Metoda ekscitacije aktivne supstance. Divergencija laserskog snopa. Opseg talasnih dužina. Područja primjene lasera.

kreativni rad, dodano 24.02.2015


Teorija mjerenja atomske apsorpcije: emisija i apsorpcija svjetlosti, pojam apsorpcione linije i koeficijent apsorpcije, kontura apsorpcione linije. Princip rada lasera. Opis rada helijum-neonskog lasera. Laseri na organskim bojama.

sažetak, dodan 03.10.2007


Stvaranje optičkog kvantnog generatora ili lasera veliko je otkriće u fizici. Princip rada lasera. Stimulirana i spontana emisija. Gasni, kontinuirani poluvodički, gasnodinamički, rubin laser. Područja primjene lasera.

prezentacija, dodano 13.09.2016


Istorija nastanka lasera. Princip rada lasera. Neka jedinstvena svojstva laserskog zračenja. Primena lasera u različitim tehnološkim procesima. Upotreba lasera u industriji nakita, u kompjuterskoj tehnici. Snaga laserskih zraka.

sažetak, dodan 17.12.2014


Laser je kvantni generator koji emituje u opsegu vidljivog i infracrvenog zračenja. Shema laserskog uređaja i princip njegovog rada. Privremeni načini rada uređaja, frekvencija napajanja. Upotreba lasera u raznim granama nauke i tehnologije.

sažetak, dodan 28.02.2011


Koncept, klasifikacija lasera po karakteristikama, karakteristike glavnih parametara, njihove prednosti. Razlozi za projektovanje lasera sa spoljnim rasporedom ogledala. Opis fizičkih procesa u plinskim pražnjenjima koji doprinose stvaranju aktivnog medija.

sažetak, dodan 13.01.2011


Karakteristike poluvodičkih materijala i izvora zračenja. Povezivanje izvora sa vlaknom. Dizajn monomodnih lasera, karakteristike DBR lasera. Proračun parametara višemodnog lasera sa Fabry-Perot rezonatorom. Diode koje emituju svjetlost (LED).

sažetak, dodan 06.11.2011


Uređaj i namjena najjednostavnijeg poluprovodničkog lasera; njihova proizvodnja od rubina, molibdata, granata. Upoznavanje sa optičkim svojstvima kristala i karakteristikama generisanja svetlosti. Određivanje energetskih karakteristika impulsnog lasera.

sažetak, dodan 12.10.2011


Upoznavanje sa istorijom stvaranja generatora elektromagnetnog zračenja. Opis električnog kola i proučavanje principa rada poluvodičkog lasera. Razmatranje metoda upotrebe lasera za djelovanje na supstancu i za prijenos informacija.

Plinski helijum-neonski laseri (He-Ne laseri) njemačke kompanije LSS imaju robustan dizajn, dobar kvalitet zraka i dug radni vijek - do 20.000 sati. Seriju helijum-neonskih lasera predstavlja širok izbor modela lasera, jednomodnih i višemodnih, sa izlaznom snagom od 0,5 do 35 mW, koji emituju u spektralnom opsegu crvene, zelene i žute. Tu su i Brewster window laserske cijevi za obrazovne i naučne svrhe.

Svi modeli su opremljeni napajanjem. Gas-jonski argonski laseri serije LGK ispunjavaju impresivnu listu svjetskih standarda i certificirani su od strane CDRH, IEC, CSA, CE, TUV, UL. LSS pruža efikasnu podršku za svjetske lasere vlastite proizvodnje, pružajući svojim kupcima praktičnu i brzu uslugu zamjene laserskih cijevi. Pored serijskih modela, kompanija proizvodi laserske sisteme po meri.

Helijum neonski laser je dizajniran za širok spektar primena kao što su skenirajuća mikroskopija, spektroskopija, metrologija, industrijska merenja, pozicioniranje, poravnanje, nišanjenje, testiranje, verifikacija koda, naučna, osnovna i medicinska istraživanja, kao i za obrazovne svrhe.

Specifikacije laserskih modula

Tabele u nastavku prikazuju ključne karakteristike lasera. Za sve stavke ispod, navedene specifikacije su ukupne performanse standardnih modela. Pojedinačne karakteristike mogu se optimizirati za specifične primjene. Molimo kontaktirajte konsultanta naše kompanije ako imate posebne zahtjeve.

Specifikacije laserskih cijevi

Specifikacije napajanja

Svi modeli gasno-jonskih argon lasera serije LGK opremljeni su jedinicom za napajanje proizvođača LSS.

Najčešći gasni laser je helijum-neonski ( He-Ne) laser (neutralni atom laser), koji djeluje na mješavinu helijuma i neona u omjeru 10:1. Ovaj laser je ujedno i prvi kontinuirani laser.

Razmotrite energetsku šemu nivoa helijuma i neona (slika 3.4). Generacija se odvija između nivoa neona, a helijum se dodaje kako bi se izvršio proces pumpanja. Kao što se vidi sa slike, nivoi 2 3 S 1 i 2 1 S 0 helijum se nalaze blizu nivoa 2s i 3s ne ona. Zbog nivoa helijuma 2 3 S 1 i 2 1 S 0 su metastabilni, onda kada se metastabilni pobuđeni atomi helija sudare sa atomima neona, doći će do rezonantnog prenosa energije na atome neona (sudari druge vrste).

Dakle, nivoi 2s i 3s neon se može naseliti i, prema tome, generacija može krenuti sa ovih nivoa. Životni vijek s-država ( t s» 100 ns) mnogo duži životni vek R-država ( t p»10 ns), tako da je ispunjen sljedeći uslov da bi laser radio prema šemi od četiri nivoa:

1 1 S z (3s, 2s) z(3p,2p) z 1s .

Generacija lasera je moguća na jednom od prelaza a, b, c prema talasnim dužinama l a=3,39 µm, lb=0,633 µm, l s=1,15 μm, što se može dobiti izborom koeficijenta refleksije rezonatorskih ogledala ili uvođenjem disperzivnih elemenata u rezonator.

Rice. 3.4. Šema energetskih nivoa helijuma i neona.

Razmotrimo generacijske karakteristike takvog lasera.

Sl.3.5. Generacijske karakteristike helijum-neonskog lasera.

Početno povećanje izlazne snage sa povećanjem struje pumpe objašnjava se inverzijom stanovništva. Nakon što se postigne maksimalna snaga, kriva počinje da se smanjuje sa daljim povećanjem struje pumpe. Ovo se objašnjava činjenicom da nivoi 2p i 1s nemaju vremena za opuštanje; elektroni nemaju vremena da pređu na niski energetski nivo i broj elektrona u susjednim 2p i 1s nivoima postaje isti. U ovom slučaju nema inverzije.

Efikasnost helijum-neonskih lasera je reda veličine 0,1%, što se objašnjava malom zapreminskom gustinom pobuđenih čestica. Tipična izlazna snaga He-Ne–laser P~5-50 mW, divergencija q~1 mrad.

Argonski laser

Ovo su najmoćniji laseri kontinuiranog talasa u vidljivom i bliskom ultraljubičastom spektralnom području koji se odnose na ionske gasne lasere. Gornji nivo lasera u radnom gasu je popunjen zbog dva uzastopna sudara elektrona tokom električnog pražnjenja. U prvom sudaru ioni nastaju iz neutralnih atoma, au drugom se ti ioni pobuđuju. Stoga je pumpanje dvofazni proces, od kojih je efikasnost svakog proporcionalna gustoći struje. Za efikasno pumpanje potrebne su dovoljno velike gustine struje.

Uključen dijagram nivoa energije lasera Ar + prikazano na sl. 3.3. Laserska emisija u linijama između 454,5 nm i 528,7 nm nastaje kada se popuni grupa nivoa 4p pobuđivanjem udarom elektrona osnovnog ili metastabilnog stanja Ar + .

3.5 CO 2 laser

Molekularno CO 2-Laseri su najmoćniji cw laseri među gasnim laserima, zbog najveće efikasnosti pretvaranja električne energije u energiju zračenja (15-20%). Generacija lasera se dešava na vibraciono-rotacionim prelazima, a emisione linije ovih lasera su u dalekoj infracrvenoj oblasti, koje se nalaze na talasnim dužinama od 9,4 μm i 10,4 μm.

AT CO 2 Laser koristi mješavinu plinova CO 2, N 2 i On. Pumpanje se vrši direktno tokom sudara molekula CO 2 sa elektronima i vibracijski pobuđenim molekulima N 2. Visoka toplotna provodljivost He u smeši podstiče hlađenje CO 2, što dovodi do iscrpljivanja donjeg laserskog nivoa koji je naseljen kao rezultat termičke ekscitacije. Dakle, prisustvo N 2 u smjesi doprinosi visokoj populaciji gornjeg laserskog nivoa i prisutnosti On– iscrpljivanje donjeg nivoa, a kao rezultat, zajedno dovode do povećanja inverzije stanovništva. Dijagram nivoa energije CO 2-laser je prikazan na sl. 3.4. Generisanje lasera se vrši tokom prelaza između vibracionih stanja molekula CO 2 n 3 1. jun ili n 3 2. jun sa promjenom rotacijskog stanja.

Rice. 3.4. Dijagram nivoa energije N 2 i CO 2 in CO 2–laser.

CO 2 Laser može raditi u kontinuiranom i impulsnom režimu rada. U kontinuiranom načinu rada, njegova izlazna snaga može doseći nekoliko kilovata.

Cilj ovog rada je proučavanje glavnih karakteristika i parametara gasnog lasera u kojem se kao aktivna tvar koristi mješavina plinova helija i neona.

3.1. Princip rada helijum-neonskog lasera

Helijum neonski laser je tipičan i najčešći gasni laser. Spada u atomske gasne lasere i njegov aktivni medij je mješavina neutralnih (nejoniziranih) atoma inertnih plinova - helijuma i neona. Neon je radni gas, a prelazi se između njegovih energetskih nivoa dešavaju emisijom koherentnog elektromagnetnog zračenja. Helijum igra ulogu pomoćnog gasa i doprinosi pobuđivanju neona i stvaranju inverzije populacije u njemu.

Za početak proizvodnje u bilo kojem laseru moraju biti ispunjena dva važna uslova:

1. Mora postojati inverzija populacije između radnih laserskih nivoa.

2. Dobitak u aktivnom mediju mora premašiti sve gubitke u laseru, uključujući i "korisne" gubitke za izlaz zračenja.

Ako sistem ima dva nivoa E 1 i E 2 sa brojem čestica na svakoj od njih, respektivno N 1 i N 2 i stepen degeneracije g 1 i g 2 , tada će se inverzija populacije dogoditi kada populacija N 2 /g 2 vrhunska nivoa E 2 biće više stanovništva N 1 /g 1 niži nivo E 1 , odnosno stepen inverzije Δ N bit će pozitivna:

Ako nivoi E 1 i E 2 su nedegenerisane, onda je da bi došlo do inverzije potrebno da broj čestica N 2 na najvišem nivou E 2 je bilo više od broja čestica N 1 na nižem nivou E jedan . Nivoi između kojih je moguće formiranje inverzije populacije i pojava prisilnih prijelaza uz emisiju koherentnog elektromagnetnog zračenja nazivaju se radni laserski nivoi.

Stanje inverzije populacije se kreira pomoću pumpanje– pobuđivanje atoma gasa raznim metodama. Zbog energije vanjskog izvora, tzv izvor pumpe, atom Ne sa nivoa zemaljske energije E 0 , što odgovara stanju termodinamičke ravnoteže, prelazi u pobuđeno stanje Ne*. U zavisnosti od intenziteta pumpe, može doći do prijelaza na različite nivoe energije. Zatim dolazi do spontanih ili prisilnih prelazaka na niže energetske nivoe.

U većini slučajeva nije potrebno uzeti u obzir sve moguće prelaze između svih stanja u sistemu. To omogućava da se govori o dvo-, tro- i četverostepenim šemama rada lasera. Tip laserske šeme rada je određen svojstvima aktivnog medija, kao i korištenim metodom pumpanja.

Helijum-neonski laser radi u tri nivoa, kao što je prikazano na sl. 3.1. U ovom slučaju, kanali za pumpanje i generisanje zračenja su delimično odvojeni. Pumpanje aktivne supstance uzrokuje prelaze sa nivoa tla E 0 do uzbuđenog nivoa E 2, što dovodi do pojave inverzije stanovništva između radnih nivoa E 2 i E jedan . Aktivni medij, koji je u stanju sa populacijskom inverzijom radnih nivoa, sposoban je pojačati elektromagnetno zračenje frekvencijom
zbog stimuliranih emisionih procesa.

Rice. 3.1. Dijagram nivoa energije radnog i pomoćnog gasa koji objašnjava rad helijum-neonskog lasera

Pošto je proširenje nivoa energije u gasovima malo i ne postoje široki apsorpcioni pojasevi, teško je dobiti inverznu populaciju korišćenjem optičkog zračenja. Međutim, u gasovima su moguće i druge metode pumpanja: direktna elektronska pobuda i rezonantni prenos energije pri sudaru atoma. Pobuđivanje atoma pri sudaru s elektronima najlakše se može izvesti u električnom pražnjenju, gdje se elektroni ubrzavaju električnim poljem može steći značajnu kinetičku energiju. U neelastičnim sudarima elektrona sa atomima, potonji prelaze u pobuđeno stanje E 2:

Važno je da proces (3.4) ima rezonantni karakter: vjerovatnoća prijenosa energije će biti maksimalna ako se pobuđena energetska stanja različitih atoma poklapaju, odnosno nalaze se u rezonanciji.

Energetski nivoi He i Ne i glavni radni prelazi su detaljno prikazani na slici 1. 3.2. Prelazi koji odgovaraju neelastičnim interakcijama atoma gasa sa brzim elektronima (3.2) i (3.3) prikazani su isprekidanim strelicama nagore. Kao rezultat udara elektrona, atomi helijuma se pobuđuju do nivoa 2 1 S 0 i 2 3 S 1, koji su metastabilni. Radijacioni prelazi u helijumu u osnovno stanje 1 S 0 zabranjeni su pravilima selekcije. Kada se pobuđeni atomi He sudare sa atomima Ne u osnovnom stanju 1 S 0 , moguć je prijenos pobude (3.4) i neon prelazi na jedan od 2S ili 3S nivoa. U ovom slučaju, uslov rezonancije je zadovoljen, jer su energetski jazovi između osnovnog i pobuđenog stanja u pomoćnom i radnom gasu blizu jedan drugom.

Radijativni prijelazi se mogu javiti sa 2S i 3S nivoa neona na nivoe 2P i 3P. Nivoi P su manje naseljeni od gornjih nivoa S, jer nema direktnog prenosa energije sa He atoma na ove nivoe. Pored toga, nivoi P imaju kratak životni vek, a neradijativni prelaz P → 1S prazni nivoe P. Dakle, situacija (3.1) nastaje kada je populacija gornjih nivoa S veća od populacije nižih nivoa P, tj. između nivoa S i P postoji inverzija populacije, što znači da se prijelazi između njih mogu koristiti za lasersko generiranje.

Pošto je broj S i P nivoa veliki, moguć je veliki skup različitih kvantnih prelaza između njih. Konkretno, od četiri 2S nivoa do deset 2P nivoa, 30 različitih prelaza je dozvoljeno pravilima selekcije, od kojih je većina generisana. Najjača emisiona linija tokom prelaza 2S → 2P je linija od 1,1523 μm (infracrveno područje spektra). Za 3S→2R prelaze, najznačajnija linija je 0,6328 µm (crveni region), a za 3S→3R – 3,3913 µm (IR region). Spontana emisija se javlja na svim navedenim talasnim dužinama.

Rice. 3.2. Energetski nivoi atoma helijuma i neona i shema rada He-Ne lasera

Kao što je ranije pomenuto, nakon radijacionih prelaza na nivoe P, dolazi do neradijativnog raspadanja tokom P → 1S prelaza. Nažalost, nivoi neona 1S su metastabilni, a ako mješavina plina ne sadrži druge nečistoće, onda je jedini način za prijelaz atoma neona u osnovno stanje sa nivoa 1S sudaranje sa stijenkama posude. Iz tog razloga, pojačanje sistema se povećava kako se promjer cijevi za pražnjenje smanjuje. Kako se 1S stanja neona polako iscrpljuju, atomi Ne se zadržavaju u tim stanjima, što je krajnje nepoželjno i određuje niz karakteristika ovog lasera. Konkretno, kako se struja pumpe povećava iznad granične vrijednosti j zatim dolazi do naglog porasta, a zatim zasićenja pa čak i smanjenja snage laserskog zračenja, što je upravo zbog akumulacije radnih čestica na 1S nivoima i potom njihovog prelaska u 2P ili 3P stanja pri sudaru sa elektronima. Ovo onemogućava postizanje visokih izlaznih snaga zračenja.

Pojava inverzne populacije zavisi od pritiska He i Ne u smeši i od temperature elektrona. Optimalne vrijednosti tlakova plina su 133 Pa za He i 13 Pa za Ne. Temperatura elektrona je data naponom primijenjenom na mješavinu plina. Obično se ovaj napon održava na nivou od 2…3 kV.

Za dobijanje laserske proizvodnje potrebno je da u laseru postoji pozitivna povratna sprega, inače će uređaj raditi samo kao pojačalo. Da bi se to postiglo, aktivni plinoviti medij se stavlja u optički rezonator. Osim stvaranja povratne sprege, rezonator se koristi za odabir tipova oscilacija i odabir valne dužine generiranja, za što se koriste posebna selektivna ogledala.

Na nivoima pumpe blizu praga, laseriranje na jednoj vrsti oscilacija je relativno lako. S povećanjem razine uzbuđenja, ako se ne preduzmu posebne mjere, javlja se niz drugih načina. U ovom slučaju, generiranje se događa na frekvencijama bliskim rezonantnim frekvencijama rezonatora, koje se nalaze unutar širine atomske linije. U slučaju aksijalnih tipova vibracija (TEM 00 -mod), frekvencijska udaljenost između susjednih maksimuma
, gdje L je dužina rezonatora. Kao rezultat istovremenog prisustva nekoliko modova, nastaju otkucaji i nehomogenosti u spektru emisije. Kada bi postojali samo aksijalni modovi, tada bi spektar bio odvojene linije, udaljenost između kojih bi bila jednaka c / 2L. Ali moguće je i pobuditi ne-aksijalne tipove oscilacija u rezonatoru, na primjer, TEM 10 modove, čije prisustvo jako ovisi o podešavanju ogledala. Stoga se u emisionom spektru pojavljuju dodatne satelitske linije, koje se nalaze simetrično po frekvenciji s obje strane aksijalnih tipova vibracija. Pojava novih tipova oscilacija sa povećanjem nivoa pumpe lako se utvrđuje vizuelnim posmatranjem strukture polja zračenja. Takođe je moguće vizuelno posmatrati uticaj poravnanja rezonatora na strukturu koherentnih modova zračenja.

Gasovi su homogeniji od kondenzovanih medija. Zbog toga je svjetlosni snop u plinu manje izobličen i raspršen, a zračenje helijum-neonskog lasera se odlikuje dobrom stabilnošću frekvencije i visokom usmjerenošću, koja zbog fenomena difrakcije dostiže svoju granicu. Difrakciona granica divergencije za konfokalni rezonator

,

gdje je λ talasna dužina; d 0 je prečnik svetlosnog snopa u njegovom najužem delu.

Zračenje helijum-neonskog lasera karakteriše visok stepen monohromatnosti i koherentnosti. Širina emisionih linija takvog lasera je mnogo uža od "prirodne" širine spektralne linije i mnogo redova veličine manja od graničnog stepena rezolucije modernih spektrometara. Stoga, da bi se to odredilo, mjeri se spektar otkucaja različitih modova u zračenju. Osim toga, zračenje ovog lasera je ravno polarizirano zbog korištenja prozora smještenih pod Brewsterovim uglom u odnosu na optičku os rezonatora.

Dokaz koherentnosti zračenja može biti posmatranje difrakcionog uzorka u superponiranju zračenja primljenog iz različitih tačaka izvora. Na primjer, koherentnost se može procijeniti posmatranjem smetnji iz sistema višestrukih slotova. Iz Youngovog iskustva poznato je da se radi posmatranja interferencije svjetlosti iz običnog "klasičnog" izvora zračenje prvo propušta kroz jedan prorez, a zatim kroz dva proreza, a zatim se na ekranu formiraju interferencijske resice. U slučaju korištenja laserskog zračenja, prvi prorez se ispostavi da je nepotreban. Ova okolnost je fundamentalna. Osim toga, razmak između dva proreza i njihova širina mogu biti neuporedivo veći nego u klasičnim eksperimentima. Na izlaznom prozoru gasnog lasera nalaze se dva proreza, razmak između kojih je 2 a. U slučaju kada je upadno zračenje koherentno, na ekranu koji se nalazi na udaljenosti d iz proreza će se uočiti interferencijski obrazac. U ovom slučaju, udaljenost između maksimuma (minimuma) traka

.

Uređaj za helijum neonski laser

Radni medij helijum-neonskog lasera je mješavina helijuma i neona u omjeru 5:1, smještena u staklenoj tikvici pod niskim pritiskom (obično oko 300 Pa). Energija pumpe se napaja iz dva električna pražnječa napona od oko 1000÷5000 volti (u zavisnosti od dužine cijevi) smještena na krajevima tikvice. Rezonator takvog lasera obično se sastoji od dva zrcala - potpuno neprozirnog na jednoj strani sijalice i drugog, prolazeći kroz sebe oko 1% upadnog zračenja na izlaznoj strani uređaja.

Helijum-neonski laseri su kompaktni, sa tipičnom veličinom rezonatora između 15 cm i 2 m, a njihova izlazna snaga varira od 1 do 100 mW.

Princip rada

Helijum-neonski laser. Svjetleći snop u sredini je električno pražnjenje.

vidi takođe

Wikimedia fondacija. 2010 .

Pogledajte šta je "Helijum-neonski laser" u drugim rečnicima:

helijum neonski laser- helio neono lazeris statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. helijum neonski laser vok. Helijum neonski laser, m rus. helijum neonski laser, m pranc. laser à mélange d hélium et néon, m; laser helijum neonski, m… Radioelektronika terminų žodynas

Laser s nuklearnom pumpom je laserski uređaj čiji se aktivni medij pobuđuje nuklearnim zračenjem (gama kvanti, nuklearne čestice, produkti nuklearnih reakcija). Talasna dužina zračenja takvog uređaja može biti od ... ... Wikipedije

Ovaj izraz ima druga značenja, pogledajte Laser (značenja). Laser (NASA laboratorija) ... Wikipedia

Kvantni generator, izvor snažnog optičkog zračenja (laser je skraćenica od izraza pojačanje svjetlosti stimuliranom emisijom zračenja). Princip rada lasera je isti kao i kod prethodno kreiranog ... ... Collier Encyclopedia

Izvor elektromagnetnog zračenja u vidljivom, infracrvenom i ultraljubičastom opsegu, zasnovan na stimulisanoj emisiji (vidi Stimulisana emisija) atoma i molekula. Riječ "laser" sastoji se od početnih slova (skraćenica) riječi ... ...

Laser sa gasovitim aktivnim medijem. Cev sa aktivnim gasom smeštena je u optički rezonator, koji se u najjednostavnijem slučaju sastoji od dva paralelna ogledala. Jedan od njih je proziran. Emituje se na nekom mestu cevi... Velika sovjetska enciklopedija

Optički kvant. generator sa gasovitim aktivnim medijem. Plin, u krom na račun energije ekst. izvora (pumpe), stvara se stanje sa populacijskom inverzijom dva nivoa energije (gornji i donji nivo lasera), smeštenih u optički ... ... Physical Encyclopedia

Laser (NASA laboratorija) Laser (engleski laser, skraćeno od Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation "Light amplification by stimulated emission") uređaj koji koristi kvantno mehanički efekat stimulisanog (stimulisanog) ... Wikipedia