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

Studenti, diplomanti, mladi znanstvenici koji koriste bazu znanja u svom studiju i radu bit će vam vrlo zahvalni.

Domaćin na http://www.allbest.ru/

1. Uvod

2. Princip rada lasera

3. Plinski laseri

4. Helij-neonski laser

5. Helij-neonski laser tipa LG-36a

6. Primjena helij-neonskog lasera u medicini

7. Nekoliko informacija o modernim helij-neonskim laserima

8. Popis korištene literature

1. Uvod

Laseri ili optički kvantni generatori su moderni izvori koherentnog zračenja. Njihovo stvaranje jedno je od najvažnijih dostignuća fizike dvadesetog stoljeća. Laseri su našli prilično široku primjenu u gotovo svim područjima znanosti, kao iu tehnologiji, medicini i vojnim poslovima.

Uronimo malo u povijest:

Ideja da se proučavaju plinska pražnjenja radi promatranja stimulirane emisije početkom 20. stoljeća nikome nije pala na pamet - uostalom, znanstvenici još nisu ni slutili da postoji.

Godine 1913. Albert Einstein je pretpostavio da bi se zračenje moglo stvarati u unutrašnjosti zvijezda pod djelovanjem prisilnih fotona. U klasičnom članku "Kvantna teorija zračenja", objavljenom 1917., Einstein ne samo da je zaključio postojanje takvog zračenja iz općih principa kvantne mehanike i termodinamike, već je također dokazao da ima isti smjer, valnu duljinu, fazu i polarizaciju. , odnosno koherentno forsiranje zračenja. A deset godina kasnije, Paul Dirac je te zaključke rigorozno potkrijepio i sažeo.

Prvi pokusi.

Rad teoretičara nije prošao nezapaženo. Godine 1928. Rudolf Ladenburg, direktor odjela za atomsku fiziku na Institutu za fizikalnu kemiju i elektrokemiju Društva Kaiser Wilhelm, i njegov učenik Hans Kopfermann eksperimentalno su promatrali inverziju naseljenosti u eksperimentima s neonskim cijevima. Ali stimulirana 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 uz pojačavanje optičkih signala pomoću stimulirane emisije. Ovo djelo bila je doktorska disertacija Moskovljanina Valentina Fabrikanta, objavljena 1940. godine. Godine 1951. V.A. Fabrikant, F.A. Butaeva i M.M. Vudinsky je podnio prijavu za izum nove metode pojačanja elektromagnetskog zračenja koja se temelji na korištenju medija s inverzijom stanovništva. Nažalost, ovaj je rad objavljen tek 8 godina kasnije i malo ga je ljudi primijetilo, a pokušaji izgradnje operativnog optičkog pojačala pokazali su se neuspješnim. Razlog tome bio je nedostatak rezonatora.

Put do stvaranja lasera nisu pronašli optičari, već radiofizičari, koji su dugo bili u stanju graditi generatore i pojačala elektromagnetskih oscilacija pomoću rezonatora i povratne veze. Upravo su oni bili predodređeni da dizajniraju prve kvantne generatore koherentnog zračenja, samo ne svjetlosnog, već mikrovalnog.

Mogućnost stvaranja takvog generatora prvi je shvatio Charles Townes, profesor fizike na Sveučilištu Columbia. Shvatio je da je moguće izgraditi mikrovalni generator pomoću snopa molekula s nekoliko energetskih razina. Da bi se to postiglo, potrebno ih je razdvojiti elektrostatskim poljima i odvesti snop pobuđenih molekula u metalnu šupljinu, gdje će otići na nižu razinu, emitirajući elektromagnetske valove. Da bi ova šupljina radila kao rezonator, njezine linearne dimenzije moraju biti jednake duljini emitiranih valova. Towns je ovu misao podijelio s postdiplomcem Jamesom Gordonom i asistentom Herbertom Zeigerom. Za ulogu medija odabrali su amonijak čije molekule emitiraju valove duljine 12,6 mm pri prijelazu s pobuđene vibracijske razine na prizemnu razinu. U travnju 1954. Townes i Gordon lansirali su prvi mikrovalni kvantni generator na svijetu. Townes je ovaj uređaj nazvao maser.

U Laboratoriju za oscilacije Fizičkog instituta Akademije znanosti SSSR-a, viši istraživač Alexander Prokhorov i njegov postdiplomac Nikolaj Basov bavili su se istom temom. U svibnju 1952., na Svesaveznoj konferenciji o radiospektroskopiji, napravili su izvješće o mogućnosti stvaranja kvantnog pojačala za mikrovalno zračenje koje radi na snopu molekula istog amonijaka. Godine 1954., nedugo nakon objavljivanja rada Townsa, Gordona i Zeigera, Prokhorov i Basov objavili su članak koji daje teoretsko opravdanje za rad takvog uređaja. Townes, Basov i Prokhorov dobili su Nobelovu nagradu 1964. za svoja istraživanja.

Od mikrovalova do svjetla.

Budući da se valne duljine svjetlosti mjere u desetinkama mikrona, proizvodnja rezonatora sa šupljinom ove veličine bila je nerealna. Vjerojatno je mogućnost generiranja svjetlosti korištenjem makroskopskih otvorenih zrcalnih rezonatora prvi shvatio američki fizičar Robert Dicke, koji je u svibnju 1956. formalizirao tu ideju u patentnoj prijavi. U rujnu 1957. Townes je u bilježnici skicirao plan za takav generator i nazvao ga optički maser. Godinu dana kasnije, Towns je zajedno s Arturom Šavlovim i neovisno od njih Prohorovom objavio radove koji su sadržavali teorijska opravdanja ove metode generiranja koherentne svjetlosti.

Sam pojam "laser" nastao je puno ranije. Ova engleska kratica, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (doslovno prevedena kao "pojačanje svjetlosti stimuliranom emisijom zračenja", iako je još uvijek uobičajeno lasere nazivati ​​ne pojačivačima, već generatorima zračenja, zamjena riječi pojačanje s generiranjem daje neizgovorljiv zvuk kombinacija lgser), osmislio je doktorand Gordon Gould sa Sveučilišta Columbia, koji je samostalno proveo detaljnu analizu metoda za dobivanje stimulirane emisije optičkog raspona.

Prvi radni laser došao je iz ruku Theodora Meimana, zaposlenika Hughes Aircraft Corporationa, koji je izabrao rubin kao aktivni medij. Meiman je shvatio da atomi kroma odvojeni velikim prazninama ne mogu "sjati" ništa gore od atoma plina. Da bi dobio optičku rezonanciju, naneo je tanak sloj srebra na polirane paralelne krajeve valjka od sintetičkog rubina. Cilindar je po narudžbi izradio Union Carbide, za što im je trebalo pet mjeseci. Meiman je stavio rubinski stup u spiralnu cijev, koja daje svijetle bljeskove svjetlosti. Dana 16. svibnja 1960. prvi svjetski laser ispalio je svoju prvu zraku. A u prosincu iste godine, helij-neonski laser koji su stvorili Ali Javan, William Bennett i Donald Harriot lansiran je u Bell Labsu.

Znanstvena vrijednost i praktična upotreba lasera bili su toliko očiti da su ih tisuće znanstvenika i inženjera iz različitih zemalja odmah prihvatile. Godine 1961. lansiran je prvi neodimijski stakleni laser, unutar pet godina razvijene su poluvodičke laserske diode, organski laseri s bojama, kemijski laseri i laseri s ugljičnim dioksidom. Godine 1963. Zhores Alferov i Herbert Kremer neovisno su razvili teoriju poluvodičkih heterostruktura, na temelju koje su kasnije stvoreni mnogi laseri.

Kao što je već spomenuto, laseri su ušli u naše živote i dobro se u njemu smjestili, zauzevši dobar položaj u mnogim područjima znanosti i tehnologije.

Kao radna tijela modernih lasera koriste se tvari u različitim agregatnim stanjima: plinovi, tekućine, krutine.

Želim se usredotočiti na plinske lasere i detaljnije proučiti laser čiji je aktivni medij mješavina helija i neona.

djelovanje helij neonski laser medicine

2. Princip rada lasera

Znamo da ako atom koji se nalazi na osnovnoj razini W 1 dobije energiju, tada on može prijeći na jednu od pobuđenih razina (Sl. 1a). Naprotiv, pobuđeni atom može spontano (spontano) prijeći na neku od nižih razina, pritom emitirajući određeni dio energije u obliku kvanta svjetlosti (slika 1b). Ako do emisije svjetlosti dolazi tijekom prijelaza atoma s energetske razine W m na energetsku razinu W n, tada je frekvencija emitirane (ili apsorbirane) svjetlosti

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

To su spontani procesi zračenja koji se događaju u zagrijanim tijelima i svjetlećim plinovima. Zagrijavanje ili električno pražnjenje prenosi neke od atoma u pobuđeno stanje; prelazeći u niža stanja, emitiraju svjetlost. U procesu spontanih prijelaza atomi emitiraju svjetlost neovisno jedan o drugome. Svjetlosne kvante nasumično emitiraju atomi u obliku valnih nizova. Vlakovi nisu međusobno vremenski usklađeni, tj. imaju drugu fazu. Stoga je spontana emisija nekoherentna.

Zajedno sa spontanom emisijom pobuđenog atoma, postoji stimulirana (ili inducirana) emisija: pobuđeni atomi zrače pod djelovanjem vanjskog brzo promjenjivog elektromagnetskog polja, kao što je svjetlost. Ispada da pod djelovanjem vanjskog elektromagnetskog vala atom emitira sekundarni val, u kojem se frekvencija, polarizacija, smjer širenja i faza potpuno podudaraju s parametrima vanjskog vala koji djeluje na atom. Postoji neka vrsta kopiranja vanjskog vala (slika 1c). Koncept stimulirane emisije uveo je u fiziku A. Einstein 1916. Fenomen stimulirane emisije omogućuje kontrolu emisije atoma pomoću elektromagnetskih valova i na taj način generiranje i pojačavanje koherentne svjetlosti.

Da bi se to dogodilo, moraju biti ispunjena tri uvjeta.

1. Potrebna je rezonancija - podudarnost frekvencije upadne svjetlosti s jednom od frekvencija h mn spektra atoma. Za ispunjenje rezonantnog uvjeta pobrinula se sama priroda, budući da spektri emisije identičnih atoma su apsolutno identični.

2. Drugi uvjet vezan je za stanovništvo različitih razina. Zajedno s stimuliranom emisijom svjetlosti od strane atoma u gornjoj razini W m, dolazi i do rezonantne apsorpcije od strane atoma koji nastanjuju donju razinu W n. Atom koji se nalazi na nižoj razini W n apsorbira kvant svjetlosti, dok se kreće na gornju razinu W m .

Rezonantna apsorpcija sprječava stvaranje svjetla.

Hoće li sustav atoma generirati svjetlost ili ne ovisi o tome kojih atoma ima više u tvari. Da bi došlo do generiranja, potrebno je da broj atoma na gornjoj razini N m bude veći od broja atoma na donjoj razini N n između kojih se događa prijelaz.

Naravno, možete koristiti samo par razina između kojih je moguć prijelaz, jer nisu svi prijelazi između bilo koje dvije razine dopušteni prirodom. U prirodnim uvjetima, manje je čestica na višoj razini pri bilo kojoj temperaturi nego na nižoj razini. Stoga će u svakom tijelu, ma koliko bilo jako zagrijano, pri prisilnim prijelazima prevladati apsorpcija svjetlosti nad zračenjem.

Da bi se potaknulo stvaranje koherentne svjetlosti, potrebno je poduzeti posebne mjere kako bi gornja od dvije odabrane razine bila naseljenija od donje. Stanje tvari u kojem je broj atoma na jednoj od razina s višom energijom veći od broja atoma na razini s nižom energijom naziva se aktivnim stanjem ili stanjem s inverzijom naseljenosti (preokretom).

Dakle, da bi se potaknula generacija koherentne svjetlosti, potrebna je inverzija naseljenosti za par razina, prijelaz između kojih odgovara frekvenciji generacije.

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 emitirane svjetlosne energije uvijek ostane unutar radne tvari, da tako kažemo, za "reprodukciju", uzrokujući prisilno emitiranje svjetlosti od strane sve više i više novih atoma. To se radi uz pomoć ogledala. U najjednostavnijem slučaju, radna tvar se nalazi između dva zrcala, 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 pojačan je zbog stimulirane emisije kada se širi kroz radnu tvar. Kada stigne do izlaznog zrcala, svjetlost će djelomično proći kroz njega. Ovaj dio svjetlosne energije laser emitira vani i može se koristiti. Dio svjetlosti, reflektiran od poluprozirnog izlaznog zrcala, stvara novu lavinu fotona. Ova se lavina neće razlikovati od prethodne zbog svojstava stimulirane emisije.

U ovom slučaju, kao i u svakom rezonatoru, uvjet rezonancije je zadovoljen samo za one valove za koje cijeli broj valnih duljina stane na dvostruki optički put unutar rezonatora. Najpovoljniji uvjeti stvaraju se za širenje valova duž osi rezonatora, što osigurava izuzetno visoku usmjerenost laserskog zračenja.

Ispunjenje opisanih uvjeta još uvijek je nedovoljno za lasersko generiranje. Da bi došlo do stvaranja svjetla, pojačanje aktivne tvari mora biti dovoljno veliko. Mora premašiti određenu vrijednost, koja se naziva prag. Doista, neka se dio svjetlosnog toka koji upadne na izlazno zrcalo reflektira natrag. Pojačanje pri dvostrukoj udaljenosti između zrcala (jedan prolaz) treba biti takvo da svjetlosna energija vraćena u izlazno zrcalo nije manja od prethodne. Tek tada će svjetlosni val početi rasti od prolaza do prolaza. Ako to nije slučaj, tada će tijekom drugog prolaza izlazno zrcalo postići nižu energiju nego u prethodnom trenutku, tijekom trećeg - još nižu, i tako dalje. Proces slabljenja će se nastaviti sve dok se svjetlosni tok potpuno ne ugasi. Jasno je da što je niži koeficijent refleksije izlaznog zrcala, radna tvar mora imati veći prag pojačanja. Dakle, ogledala su prva na popisu izvora gubitaka.

Dakle, ukratko formuliramo uvjete potrebne za stvaranje izvora koherentne svjetlosti:

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

· radnu tvar smjestiti između zrcala koja daju povratnu spregu;

· pojačanje koje daje radna tvar, što znači da broj pobuđenih atoma ili molekula u radnoj tvari mora biti veći od granične vrijednosti, koja ovisi o koeficijentu refleksije izlaznog zrcala.

Ako su ova tri uvjeta zadovoljena, dobit ćemo sustav sposoban generirati koherentnu svjetlost, a zove se laser.

3. Plinski laseri

Plin laseri, kod kojih je aktivni medij plin, smjesa više plinova ili smjesa plinova s ​​metalnim parama.

Značajke plinovitog aktivnog medija.

Medij u plinskim laserima ima nekoliko izvanrednih svojstava. Prije svega, samo plinoviti mediji mogu biti prozirni u širokom spektralnom području od vakuumskog UV područja spektra do IR, u biti mikrovalnog područja. Kao rezultat toga, plinski laseri rade u velikom rasponu valnih duljina.

Unaprijediti. U usporedbi s krutinama i tekućinama, plinovi imaju znatno manju gustoću i veću homogenost. Stoga je svjetlosni snop u plinu manje izobličen i raspršen. To olakšava postizanje difrakcijske granice divergencije laserskog zračenja. Pri niskoj gustoći plinovi su karakterizirani Dopplerovim širenjem spektralnih linija, čija je vrijednost mala u usporedbi sa širinom linije luminescencije u kondenziranom mediju. Time se lakše postiže visoka monokromatičnost zračenja plinskih lasera.

Kao što je poznato, da bi se ispunili uvjeti samopobude, pojačanje u aktivnom mediju tijekom jednog prolaza laserskog rezonatora mora biti veće od gubitaka. U plinovima, odsutnost nerezonantnih gubitaka energije izravno u aktivnom mediju olakšava ispunjenje ovog uvjeta. Tehnički je teško proizvesti ogledala s gubicima znatno manjim od 1%. Stoga dobitak mora biti veći od 1%. Relativna jednostavnost ispunjavanja ovog zahtjeva u plinovima, na primjer, povećanjem duljine aktivnog medija, objašnjava prisutnost velikog broja plinskih lasera u širokom rasponu valnih duljina.

Istodobno, mala gustoća plinova onemogućuje dobivanje tako velike gustoće pobuđenih čestica, karakteristične za čvrste tvari.

Stoga je specifična izlazna energija plinskih lasera znatno niža nego kod lasera kondenzirane tvari.

Specifičnost plinova također se očituje u nizu različitih fizikalnih procesa koji se koriste za stvaranje inverzije stanovništva. To uključuje ekscitaciju tijekom sudara u električnom pražnjenju, ekscitaciju u plinodinamičkim procesima, kemijsku ekscitaciju, optičko pumpanje (laserskim zračenjem) i ekscitaciju elektronskim snopom.

U laseru, o kojem će biti više riječi kasnije u ovom radu, ekscitacija se provodi električnim pražnjenjem.

4. Helij neonski laser

Helij-neonski laser s mješavinom bio je prvi laser s kontinuiranim valovima u kojem zračenje valne duljine od 1,15 μm nastaje kao rezultat prijelaza između 2S i 2P razina u atomima Ne.

Kasnije su drugi prijelazi u Ne korišteni za dobivanje lasera na n = 0,6328 μm i na n = 3,39 μm.

Djelovanje se može objasniti pomoću slike 3. U plinskoj smjesi koja obično sadrži helij (1 mmHg) i neon (0,1 mmHg) stvara se istosmjerna struja ili visokofrekventno pražnjenje.

sl.3

Elektroni ubrzani električnim poljem prenose atome helija u različita pobuđena stanja. Tijekom normalne kaskadne relaksacije pobuđenih atoma u osnovno stanje, mnogi od njih se nakupljaju na dugoživućim metastabilnim razinama 2(3)S 2(1)S čiji je životni vijek 10 -4 odnosno 5*10 -6 sekundi. Budući da se ove metastabilne razine gotovo podudaraju u energiji s 2S i 3S razinama u Ne, one mogu prenijeti ekscitaciju na atome Ne. Biti u osnovnom stanju i razmjenjivati ​​energiju s njima. Mala razlika u energiji (?400 cm -1 u slučaju razine 2S) pretvara se u kinetičku energiju atoma nakon sudara. Ovo je glavni pumpni mehanizam u sustavu He-Ne.

1. Generacija na valnoj duljini od 0,6328 μm. Gornja laserska razina je jedna od 3S neonskih razina, dok donja pripada 2P skupini. Donja razina 2P radijacijski se raspada s vremenskom konstantom od oko 10 -8 s. u dugovječno stanje 1S. Ovo vrijeme je puno kraće od životnog vijeka (10 -7 s) gornje 3S laserske razine. Dakle, uvjet za inverziju naseljenosti u prijelazu 3S–2P je zadovoljen.

Razina 1S je važna. Atomi se zadržavaju na njemu tijekom radijacijskih prijelaza s niže razine 2P lasera zbog dugog životnog vijeka ove razine. Atomi u stanju 1S sudaraju se s elektronima pražnjenja i pobuđuju se natrag na nižu 2P lasersku razinu. Time se smanjuje inverzija. Atomi u stanjima 1S opuštaju se natrag u osnovno stanje uglavnom nakon sudara sa stijenkom izbojne cijevi. Iz tog razloga, pojačanje na prijelazu od 0,6328 µm raste sa smanjenjem promjera cijevi.

2. Generacija na valnoj duljini od 1,15 μm. Gornja laserska razina 2S neona pumpa se tijekom rezonantnih (tj. uz očuvanje unutarnje energije) sudara s metastabilnom 2 3 S razinom helija. Donja razina je ista kao u slučaju generiranja na prijelazu 0,6328 μm, što također dovodi do ovisnosti naseljenosti neonske 1S razine o sudarima sa stijenkama.

3. Generacija na valnoj duljini od 3,39 μm. To je zbog prijelaza 3S-3P u atomima neona. Sada je gornja razina lasera ista kao i tijekom generiranja, na valnoj duljini od 0,6328 μm. Na ovom prijelazu, optičko pojačanje za mali signal 1 doseže oko 50 dB/m. Ovo veliko pojačanje djelomično se objašnjava kratkim vijekom trajanja 3P razine, što omogućuje stvaranje velike inverzije. Zbog velikog pojačanja na ovom prijelazu, generiranje na valnoj duljini od 3,39 µm sprječava generiranje na valnoj duljini od 0,6328 µm. To je zato što su uvjeti praga prvo postignuti za prijelaz od 3,39 µm. Jednom kada se to dogodi, zasićenost pojačanja počinje ometati daljnje povećanje populacije razine 3S. U laserima valne duljine 0,6328 μm to se bori uvođenjem dodatnih elemenata u optički snop, na primjer, staklenih ili kvarcnih Brewsterovih prozora, koji snažno apsorbiraju zračenje valne duljine 3,39 μm i propuštaju od 0,6328 μm. U ovom slučaju, razina praga pumpanja za laser za n=3,39 μm postaje viša od razine lasera za 0,6328 μm.

Govorimo o pojačanju vrlo slabog vala koji se širi kroz područje pražnjenja unutar laserske šupljine u jednom prolazu. U laseru se pojačanje prolaza smanjuje zasićenjem sve dok se ne izjednači s gubitkom prolaza.

5. Ghelij-neonski laser tipa LG-36a

U helij-neonskom laseru, radna plinska smjesa nalazi se u cijevi za pražnjenje plina (slika 4), čija duljina može doseći 0,2-1 m.

Cijev je izrađena od visokokvalitetnog stakla ili kvarca. Snaga proizvodnje bitno ovisi o promjeru cijevi. Povećanje promjera dovodi do povećanja volumena radne smjese, što doprinosi povećanju snage proizvodnje. Međutim, kako se promjer cijevi povećava, elektronska temperatura plazme se smanjuje, što dovodi do smanjenja broja elektrona koji mogu pobuditi atome plina. Što u konačnici smanjuje snagu proizvodnje. Da bi se smanjili gubici, krajevi cijevi za izbijanje plina zatvoreni su ravnoparalelnim pločama, koje nisu postavljene okomito na os cijevi, već tako da normala na ovu ploču čini kut i B \u003d arctg n (n je indeks loma materijala ploče), koji se naziva Brewsterov kut. Osobitost refleksije elektromagnetskog vala od sučelja između različitih medija pod kutom i B naširoko se koristi u laserskoj tehnologiji. Postavljanje izlaznih prozora ćelije s aktivnim medijem pod Brewsterovim kutom jednoznačno određuje polarizaciju laserskog zračenja. Za zračenje polarizirano u ravnini upada gubici u rezonatoru su minimalni. Naravno, to je linearno polarizirano zračenje koje se uspostavlja u laseru i prevladava.

Cijev s izbojem plina smještena je u optički rezonator, koji se sastoji od zrcala s interferencijskim premazom. Ogledala su pričvršćena u prirubnice čija izvedba omogućuje rotiranje zrcala u dvije međusobno okomite ravnine tijekom podešavanja okretanjem vijaka za podešavanje. Pobuda plinske smjese provodi se primjenom visokofrekventnog napona iz izvora napajanja na elektrode. Napajanje je visokofrekventni generator koji generira elektromagnetske oscilacije frekvencije oko 30 MHz pri snazi ​​od nekoliko desetaka vata.

Plinski laseri široko se opskrbljuju istosmjernom strujom na naponu od 1000-2000 V, dobivenom pomoću stabiliziranih ispravljača. U ovom slučaju, cijev s plinskim pražnjenjem opremljena je 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 dobiva pražnjenjem kondenzatora od 1-2 mikrofarada kroz primarni namot impulsnog transformatora.

Prednosti helij-neonskih lasera su koherentnost njihovog zračenja, mala potrošnja energije (8-10 W) i male dimenzije. Glavni nedostaci su niska učinkovitost (0,01-0,1%) i niska izlazna snaga, koja ne prelazi 60 mW. Ovi laseri također mogu raditi u pulsirajućem načinu rada, ako se za pobudu koristi impulsni napon velike amplitude s trajanjem od nekoliko mikrosekundi.

6. Ge aplikacijalitij-neonski laser u medicini

Kao što je već spomenuto, helij-neonski laser ima široku primjenu. Ja u ovom radu želim razmotriti upotrebu ovog lasera u medicini. Naime, korištenje helij-neonskog lasera za obnavljanje i poboljšanje ljudske sposobnosti.

Laseri se u medicini koriste više od 20 godina. U tom su se razdoblju studije koje koriste lasersko zračenje oblikovale u specijalizirano područje biomedicinske znanosti, koje uključuje dva glavna područja: uništavanje tkiva patoloških žarišta relativno snažnim laserskim zračenjem i biostimulacijske učinke niskoenergetskim zračenjem.

Istraživanja su pokazala da helij-neonski laser djeluje stimulativno na živi organizam, pomaže u čišćenju rana od mikroorganizama i ubrzava epitelizaciju, poboljšava funkcionalne parametre središnjeg živčanog sustava i cerebralne cirkulacije kod bolesnika s hipertenzijom; uzrokuje prestanak boli ili njihovo smanjenje u bolesnika s osteohondrozom kralježnice.

Mnogi istraživači su pokazali da je energija koju donosi lasersko zračenje "tražena" u slučaju kada je to zbog potreba samoregulacije ljudskog stanja. To daje pravo vjerovati da lasersko zračenje nije iritirajuće, uzbudljivo, već ima normalizirajući, ne-pining karakter.

Razmotrimo detaljnije studiju koju je proveo kandidat medicinskih znanosti, izvanredni profesor T.I. Dolmatova, G.L. Shreiberg, kandidat bioloških znanosti, izvanredni profesor N.I. Blizanac Moskovske državne akademije za fizičku kulturu Sveruskog istraživačkog instituta za fizičku kulturu. Lokalno su laserskom zrakom djelovali na biološki aktivne točke (BAP) na površini tijela. Helij-neonski laser na BAT-u korišten je u sportu za proučavanje procesa oporavka nakon tjelesnog napora i posljedica zračenja. Lasersko zračenje provedeno je aparatom AG-50, valna duljina 632 A, snaga zračenja 10 mV, površina zračenja 0,5 cm2; točke zračenja - "he-gu" 2, "ju-san-li", vrijeme ekspozicije - 2,0 minute za svaku simetričnu točku, ukupno vrijeme ekspozicije - 10 minuta, postupak se provodio svakodnevno tijekom 10 dana.

Sportaši su prije vježbanja bili ozračeni helij-neonskim laserom. Petog dana primijetili su bolji oporavak nakon vježbanja, također su bolje podnijeli trening s velikim težinama. Do 10. dana izlaganja helij-neonskom laseru zdravstveno stanje sportaša je bilo dobro, sa zadovoljstvom su trenirali i dobro podnosili opterećenja. Također su djelovali laserom u razdoblju oporavka, neposredno nakon vježbanja, studije su pokazale da se oporavak, opuštanje, dobar san dogodio brže nego bez izlaganja zračenju, došlo je do smanjenja broja otkucaja srca i smanjenja maksimalnog i minimalnog krvnog tlaka.

Dakle, svi sportaši koji su bili ozračeni helij-neonskim laserom imali su izraženije povećanje sportskih performansi tijekom ciklusa treninga, a oporavak je tekao puno bolje nego bez izlaganja zračenju.

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

7. Nekoliko informacija o sovamapojasni helij-neonski laseri

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

Valne duljine:

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

Narančasta 611,9 nm

Žuta 594,1 nm

Zelena 543,5 nm

· IR 1523,1 nm (također postoje, ali su manje učinkoviti i stoga skuplji za jednaku snagu snopa).

Kvaliteta snopa:

Iznimno visoka. Izlazno zračenje je dobro kolimirano bez dodatne optike i ima izvrsnu duljinu koherencije (od 10 cm do nekoliko metara ili više). Većina malih cijevi radi u jednom transverzalnom modu (TEM00).

Izlazna snaga:

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

Neke upotrebe:

Tvornička postavka i mjerenja; brojanje i analiza krvnih stanica; medicinsko vodstvo i promatranje tijekom operacija (za lasere velike snage); ispis, skeniranje i digitalizacija visoke rezolucije; skeneri za crtični kod; mjeriteljstvo smetnji i mjerenje brzine; beskontaktna mjerenja i nadzor; opća optika i holografija; laserske emisije; Laserski disk i drugi mediji za pohranu.

Cijena:

25 do 5000 dolara ili više, ovisno o veličini, kvaliteti, stanju (novo ili ne).

Prednosti:

Jeftin, dijelovi široko dostupni, pouzdani, dugotrajni.

8. Bibliografija

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

2. A. S. Boreisho laseri: uređaj i djelovanje. Sankt Peterburg 1992. 214s.

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

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

Domaćin na Allbest.ru

Slični dokumenti

Opće karakteristike helij-neonskog lasera, njegova konstrukcija i proračun glavnih parametara: pojačanje aktivnog medija, optimalna struja, duljina šupljine, radijus strujanja snopa, efektivna površina presjeka snopa, snaga i učinkovitost pumpe.

test, dodan 24.07.2013


Osnova principa rada lasera. Podjela lasera i njihove glavne karakteristike. Primjena lasera u označavanju robe. Metoda ekscitacije aktivne tvari. Divergencija laserske zrake. Raspon valnih duljina. Područja primjene lasera.

kreativni rad, dodano 24.02.2015


Teorija atomskih apsorpcijskih mjerenja: emisija i apsorpcija svjetlosti, pojam apsorpcijske linije i koeficijent apsorpcije, kontura apsorpcijske linije. Princip rada lasera. Opis rada helij-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. Plinski, kontinuirani poluvodički, plinski dinamički, rubin laser. Područja primjene lasera.

prezentacija, dodano 13.09.2016


Povijest stvaranja lasera. Princip rada lasera. Neka jedinstvena svojstva laserskog zračenja. Primjena lasera u različitim tehnološkim procesima. Primjena lasera u industriji nakita, u računalnoj tehnologiji. Snaga laserskih zraka.

sažetak, dodan 17.12.2014


Laser je kvantni generator koji emitira u području vidljivog i infracrvenog zračenja. Shema laserskog uređaja i princip njegovog rada. Privremeni načini rada uređaja, učestalost opskrbe energijom. Primjena lasera u raznim granama znanosti i tehnike.

sažetak, dodan 28.02.2011


Pojam, klasifikacija lasera prema značajkama, karakteristike glavnih parametara, njihove prednosti. Razlozi za dizajn lasera s vanjskim rasporedom zrcala. Opis fizikalnih procesa u plinskim pražnjenjima koji doprinose stvaranju aktivnog medija.

sažetak, dodan 13.01.2011


Karakteristike poluvodičkih materijala i izvora zračenja. Spajanje izvora na vlakno. Dizajni monomodnih lasera, karakteristike DBR lasera. Proračun parametara višemodnog lasera s Fabry-Perotovim rezonatorom. Svjetleće diode (LED).

sažetak, dodan 06/11/2011


Uređaj i namjena najjednostavnijeg lasera u čvrstom stanju; njihova proizvodnja od rubina, molibdata, granata. Upoznavanje s optičkim svojstvima kristala i značajkama generiranja svjetlosti. Određivanje energetskih karakteristika pulsirajućeg lasera.

sažetak, dodan 12.10.2011


Upoznavanje s poviješću stvaranja generatora elektromagnetskog zračenja. Opis električnog kruga i proučavanje principa rada poluvodičkog lasera. Razmatranje načina korištenja lasera za djelovanje na tvari i prijenos informacija.

Plinski helij-neonski laseri (He-Ne laseri) koje proizvodi njemačka tvrtka LSS imaju robustan dizajn, dobru kvalitetu snopa i dug životni vijek - do 20.000 sati. Seriju helij-neonskih lasera predstavlja veliki izbor modela lasera, jednomodnih i višemodnih, s izlaznom snagom od 0,5 do 35 mW, koji emitiraju u spektralnom rasponu crvene, zelene i žute boje. Tu su i laserske cijevi Brewster window za obrazovne i znanstvene svrhe.

Svi modeli opremljeni su napajanjem. Plinski ionski argonski laseri serije LGK zadovoljavaju impresivan popis svjetskih standarda i certificirani su od strane CDRH, IEC, CSA, CE, TUV, UL. LSS pruža učinkovitu podršku za svjetske lasere vlastite proizvodnje, pružajući svojim klijentima praktičnu i brzu uslugu zamjene laserskih cijevi. Osim serijskih modela, tvrtka proizvodi laserske sustave po narudžbi.

Helij neonski laser dizajniran je za širok raspon primjena kao što su skenirajuća mikroskopija, spektroskopija, mjeriteljstvo, industrijsko mjerenje, pozicioniranje, usmjeravanje, ciljanje, testiranje, provjera koda, znanstvena, temeljna i medicinska istraživanja, kao i za obrazovne svrhe.

Specifikacije laserskih modula

Donje tablice prikazuju ključne karakteristike lasera. Za sve stavke u nastavku, navedene specifikacije su ukupna izvedba standardnih modela. Pojedinačne karakteristike mogu se optimizirati za specifične primjene. Molimo kontaktirajte konzultanta naše tvrtke ako imate posebne zahtjeve.

Specifikacije laserskih cijevi

Specifikacije napajanja

Svi modeli plinsko ionskih argonskih lasera serije LGK opremljeni su jedinicom napajanja proizvođača LSS.

Najčešći plinski laser je helij-neonski ( On-Ne) laser (laser s neutralnim atomom), koji radi na mješavini helija i neona u omjeru 10:1. Ovaj laser je također prvi kontinuirani laser.

Razmotrimo energetsku shemu razina helija i neona (slika 3.4). Generacija se odvija između neonskih razina, a helij se dodaje za izvođenje procesa pumpanja. Kao što se može vidjeti sa slike, razine 2 3 S 1 i 2 1 S 0 helij nalaze se, odnosno, blizu razina 2s i 3s ne ona. Budući da razine helija 2 3 S 1 i 2 1 S 0 su metastabilni, tada kada se metastabilni pobuđeni atomi helija sudare s atomima neona, doći će do rezonantnog prijenosa energije na atome neona (sudari druge vrste).

Dakle razine 2s i 3s neon se može naseliti i, prema tome, generacija može nastaviti s ovih razina. Doživotno s-Države ( t s» 100 ns) mnogo duži životni vijek R-Države ( t str»10 ns), pa je za rad lasera po četverorazinskoj shemi zadovoljen sljedeći uvjet:

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

Generiranje lasera moguće je na jednom od prijelaza a, b, c prema valnim duljinama ja=3,39 µm, lb=0,633 µm, l s=1,15 μm, što se može dobiti odabirom koeficijenta refleksije zrcala rezonatora ili uvođenjem disperzivnih elemenata u rezonator.

Riža. 3.4. Shema energetskih razina helija i neona.

Razmotrimo generaciju karakterističnu za takav laser.

sl.3.5. Generacijske karakteristike helij-neonskog lasera.

Početni porast izlazne snage s porastom struje pumpe objašnjava se inverzijom naseljenosti. Nakon postizanja maksimalne snage, krivulja se počinje smanjivati ​​s daljnjim povećanjem struje crpke. To se objašnjava činjenicom da razine 2p i 1s nemaju vremena za opuštanje; elektroni nemaju vremena prijeći na nisku energetsku razinu i broj elektrona u susjednim 2p i 1s razinama postaje isti. U ovom slučaju nema inverzije.

Učinkovitost helij-neonskih lasera je reda veličine 0,1%, što se objašnjava malom volumenskom gustoćom pobuđenih čestica. Tipična izlazna snaga On-Ne-laser P~5-50 mW, divergencija q~1 mrad.

Argonski laser

Ovo su najsnažniji laseri s kontinuiranim valovima u vidljivom i bliskom ultraljubičastom spektralnom području u odnosu na ionske plinske lasere. Gornja laserska razina u radnom plinu je naseljena zbog dva uzastopna sudara elektrona tijekom električnog pražnjenja. U prvom sudaru iz neutralnih atoma nastaju ioni, a u drugom se ti ioni pobuđuju. Stoga je pumpanje dvostupanjski proces, od kojih je učinkovitost svakog proporcionalna gustoći struje. Za učinkovito pumpanje potrebne su dovoljno velike gustoće struje.

Dijagram razine laserske energije uključen Ar + prikazano na sl. 3.3. Laserska emisija u linijama između 454,5 nm i 528,7 nm javlja se kada je skupina razina naseljena 4p pobudom udarom elektrona osnovnih ili metastabilnih stanja Ar +.

3.5 CO 2 laser

Molekularni CO 2-Laseri su najjači cw laseri među plinskim laserima, zbog najveće učinkovitosti pretvaranja električne energije u energiju zračenja (15-20%). Generiranje lasera događa se na vibracijsko-rotacijskim prijelazima, a linije emisije ovih lasera su u dalekom infracrvenom području, koje se nalaze na valnim duljinama od 9,4 μm i 10,4 μm.

NA CO 2 Laser koristi mješavinu plinova CO 2, N 2 i On. Pumpanje se provodi izravno tijekom sudara molekula CO 2 s elektronima i vibracijski pobuđenim molekulama N 2. Visoka toplinska vodljivost He u smjesi potiče hlađenje CO 2, što dovodi do iscrpljivanja niže laserske razine naseljene kao rezultat toplinske pobude. Dakle prisutnost N 2 u smjesi pridonosi visokoj naseljenosti gornje laserske razine i prisutnosti On– iscrpljivanje niže razine, a kao rezultat toga zajedno dovode do povećanja inverzije naseljenosti. Dijagram energetskih razina CO 2-laser je prikazan na sl. 3.4. Generiranje lasera provodi se tijekom prijelaza između vibracijskih stanja molekule CO 2 n 3 1. lipnja ili n 3 2. lipnja s promjenom rotacijskog stanja.

Riža. 3.4. Dijagram energetskih razina N 2 i CO 2 u CO 2-laser.

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

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

3.1. Princip rada helij-neonskog lasera

Helij neonski laser tipičan je i najčešći plinski laser. Spada u atomske plinske lasere, a aktivni medij mu je mješavina neutralnih (neioniziranih) atoma inertnih plinova - helija i neona. Neon je radni plin, a prijelazi između njegovih energetskih razina odvijaju se emisijom koherentnog elektromagnetskog zračenja. Helij ima ulogu pomoćnog plina i pridonosi ekscitaciji neona i stvaranju inverzije naseljenosti u njemu.

Za početak generiranja u bilo kojem laseru moraju biti ispunjena dva važna uvjeta:

1. Mora postojati inverzija naseljenosti između radnih laserskih razina.

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

Ako sustav ima dvije razine E 1 i E 2 s brojem čestica na svakoj od njih N 1 i N 2 i stupanj degeneracije g 1 i g 2 , tada će se inverzija populacije dogoditi kada populacija N 2 /g 2 najviše razine E 2 bit će više stanovništva N 1 /g 1 niža razina E 1 , odnosno stupanj inverzije Δ N bit će pozitivno:

Ako razine E 1 i E 2 nedegenerirani, tada je za pojavu inverzije potrebno da broj čestica N 2 na najvišoj razini E 2 je bio veći od broja čestica N 1 na nižoj razini E jedan . Razine između kojih je moguć nastanak inverzije naseljenosti i pojava prisilnih prijelaza s emisijom koherentnog elektromagnetskog zračenja nazivaju se radne laserske razine.

Stanje inverzije naseljenosti stvara se pomoću pumpanje– pobuđivanje atoma plina različitim metodama. Zbog energije vanjskog izvora, tzv izvor pumpe, atom Ne s razine energije zemlje E 0 , koji odgovara stanju termodinamičke ravnoteže, prelazi u pobuđeno stanje Ne*. Prijelazi se mogu dogoditi na različitim razinama energije ovisno o intenzitetu pumpe. Tada dolazi do spontanih ili prisilnih prijelaza na niže energetske razine.

U većini slučajeva nije potrebno razmatrati sve moguće prijelaze između svih stanja u sustavu. Time je moguće govoriti o dvo-, tro- i četverorazinskim shemama rada lasera. Vrsta sheme rada lasera određena je svojstvima aktivnog medija, kao i korištenom metodom crpljenja.

Helij-neonski laser radi u shemi od tri razine, kao što je prikazano na sl. 3.1. U ovom slučaju kanali za pumpanje i generiranje zračenja su djelomično odvojeni. Pumpanjem aktivne tvari dolazi do prijelaza s razine tla E 0 do uzbuđene razine E 2, što dovodi do pojave inverzije naseljenosti između radnih razina E 2 i E jedan . Aktivni medij, koji je u stanju inverzije naseljenosti radnih razina, sposoban je pojačati elektromagnetsko zračenje s frekvencijom
zbog stimuliranih emisijskih procesa.

Riža. 3.1. Dijagram energetskih razina radnog i pomoćnog plina koji objašnjava rad helij-neonskog lasera

Budući da je širenje energetskih razina u plinovima malo i nema širokih apsorpcijskih vrpci, teško je dobiti inverznu naseljenost pomoću optičkog zračenja. Međutim, u plinovima su mogući i drugi načini pumpanja: izravna elektronska ekscitacija i rezonantni prijenos energije pri sudaru atoma. Pobudu atoma pri sudaru s elektronima najlakše je izvesti u električnom pražnjenju, gdje se elektroni ubrzavaju električnim poljem. može dobiti značajnu kinetičku energiju. U neelastičnim sudarima elektrona s atomima, potonji prelaze u pobuđeno stanje E 2:

Važno je da proces (3.4) ima rezonantni karakter: vjerojatnost prijenosa energije bit će najveća ako se pobuđena energetska stanja različitih atoma podudaraju, tj. ako su u rezonanciji.

Energetske razine He i Ne i glavni radni prijelazi detaljno su prikazani na slici 1. 3.2. Prijelazi koji odgovaraju neelastičnim interakcijama atoma plina s brzim elektronima (3.2) i (3.3) prikazani su točkastim strelicama prema gore. Kao rezultat udara elektrona, atomi helija se pobuđuju na razine 2 1 S 0 i 2 3 S 1 koje su metastabilne. Radijacijski prijelazi u heliju u osnovno stanje 1 S 0 zabranjeni su pravilima odabira. Kada se pobuđeni atomi He sudare s atomima Ne u osnovnom stanju 1 S 0 , moguć je prijenos pobude (3.4) i neon prelazi na jednu od razina 2S ili 3S. U ovom slučaju uvjet rezonancije je zadovoljen, budući da su energetski procjepi između osnovnog i pobuđenog stanja u pomoćnom i radnom plinu blizu jedan drugome.

Radijacijski prijelazi mogu se dogoditi s 2S i 3S razina neona na 2P i 3P razine. P razine su manje naseljene od gornjih S razina, budući da nema izravnog prijenosa energije s He atoma na te razine. Osim toga, razine P imaju kratak životni vijek, a neradijacijski prijelaz P → 1S prazni razine P. Dakle, situacija (3.1) nastaje kada je naseljenost gornjih razina S veća od naseljenosti nižih razina P, tj. između razina S i P postoji inverzija naseljenosti, što znači da se prijelazi između njih mogu koristiti za lasersko generiranje.

Budući da je broj S i P razina velik, moguć je veliki skup različitih kvantnih prijelaza između njih. Konkretno, od četiri 2S razine do deset 2P razina, 30 različitih prijelaza dopušteno je pravilima odabira, od kojih je većina generirala generaciju. Najjača emisijska linija tijekom prijelaza 2S → 2P je linija od 1,1523 μm (infracrveno područje spektra). Za prijelaze 3S→2R najznačajnija linija je 0,6328 µm (crveno područje), a za 3S→3R – 3,3913 µm (IR područje). Spontana emisija se javlja na svim navedenim valnim duljinama.

Riža. 3.2. Razine energije atoma helija i neona i shema rada He-Ne lasera

Kao što je ranije spomenuto, nakon radijacijskih prijelaza na P razine, neradijacijski radijacijski raspad događa se tijekom P → 1S prijelaza. Nažalost, razine neona 1S su metastabilne i ako plinska smjesa ne sadrži druge nečistoće, tada je jedini način prijelaza atoma neona u osnovno stanje iz razine 1S sudarom sa stijenkama posude. Zbog toga se pojačanje sustava povećava kako se smanjuje promjer cijevi za pražnjenje. Budući da se 1S stanja neona polako troše, atomi Ne se zadržavaju u tim stanjima, što je krajnje nepoželjno i određuje niz karakteristika ovog lasera. Konkretno, kako se struja pumpe povećava iznad vrijednosti praga j tada dolazi do brzog porasta, a zatim do zasićenja pa čak i do smanjenja snage laserskog zračenja, što je upravo posljedica nakupljanja radnih čestica na 1S razinama i zatim njihovog prelaska u 2P ili 3P stanja pri sudaru s elektronima. Zbog toga je nemoguće postići velike izlazne snage zračenja.

Pojava inverzne naseljenosti ovisi o tlaku He i Ne u smjesi i o temperaturi elektrona. Optimalne vrijednosti tlaka plina su 133 Pa za He i 13 Pa za Ne. Temperatura elektrona određena je naponom primijenjenim na plinsku smjesu. Obično se ovaj napon održava na razini od 2…3 kV.

Za dobivanje laserske generacije potrebno je da u laseru postoji pozitivna povratna sprega, inače će uređaj raditi samo kao pojačalo. Za to se aktivni plinoviti medij stavlja u optički rezonator. Osim za stvaranje povratne sprege, rezonator služi za odabir vrsta oscilacija i izbor valne duljine generiranja, za što se koriste posebna selektivna zrcala.

Na razinama pumpe blizu praga, laseriranje na jednoj vrsti oscilacija je relativno lako. S povećanjem razine uzbude, ako se ne poduzmu posebne mjere, pojavljuju se brojni drugi načini. U ovom slučaju, generiranje se događa na frekvencijama bliskim rezonantnim frekvencijama rezonatora, koje su sadržane unutar širine atomske linije. U slučaju aksijalnih vrsta vibracija (TEM 00 -mod), frekvencijska udaljenost između susjednih maksimuma
, gdje L je duljina rezonatora. Kao rezultat istovremene prisutnosti više modova, u spektru emisije nastaju otkucaji i nehomogenosti. Kad bi postojali samo aksijalni modovi, tada bi spektar bio odvojene linije, udaljenost između kojih bi bila jednaka c / 2L. Ali također je moguće pobuditi neaksijalne vrste oscilacija u rezonatoru, na primjer, TEM 10 modove, čija prisutnost snažno ovisi o ugađanju zrcala. Zbog toga se u spektru emisije pojavljuju dodatne satelitske linije, smještene simetrično po frekvenciji s obje strane aksijalnih tipova vibracija. Pojava novih vrsta oscilacija s porastom razine pumpe lako se određuje vizualnim promatranjem strukture polja zračenja. Također je moguće vizualno promatrati utjecaj poravnanja rezonatora na strukturu koherentnih modova zračenja.

Plinovi su homogeniji od kondenziranih medija. Zbog toga je svjetlosni snop u plinu manje izobličen i raspršen, a zračenje helij-neonskog lasera karakterizira dobra stabilnost frekvencije i visoka usmjerenost, koja doseže svoju granicu zbog difrakcijskih pojava. Difrakcijska granica divergencije za konfokalni rezonator

,

gdje je λ valna duljina; d 0 je promjer svjetlosnog snopa u njegovom najužem dijelu.

Zračenje helij-neonskog lasera karakterizira visok stupanj monokromatičnosti i koherencije. Širina emisijskih linija takvog lasera mnogo je uža od "prirodne" širine spektralne linije i mnogo redova veličine manja od graničnog stupnja razlučivosti modernih spektrometara. Stoga se za njegovo određivanje mjeri spektar otkucaja različitih modova u zračenju. Osim toga, zračenje ovog lasera je ravno polarizirano zbog upotrebe prozora smještenih pod Brewsterovim kutom u odnosu na optičku os rezonatora.

Dokaz koherencije zračenja može biti opažanje difrakcijskog uzorka u superpoziciji zračenja primljenog iz različitih točaka izvora. Na primjer, koherencija se može procijeniti promatranjem smetnji iz sustava višestrukih utora. Iz Youngova iskustva poznato je da se za promatranje interferencije svjetlosti iz običnog "klasičnog" izvora zračenje prvo propušta kroz jedan prorez, a zatim kroz dva proreza, a zatim se na ekranu formiraju interferentne pruge. U slučaju korištenja laserskog zračenja, prvi prorez se pokazuje nepotrebnim. Ova je okolnost temeljna. Osim toga, razmak između dva proreza i njihova širina mogu biti nesamjerljivo veći nego u klasičnim eksperimentima. Na izlaznom prozoru plinskog 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 uzorak. U ovom slučaju, udaljenost između maksimuma (minimuma) vrpci

.

Helij neonski laserski uređaj

Radni medij helij-neonskog lasera je smjesa helija i neona u omjeru 5:1, smještena u staklenoj tikvici pod niskim tlakom (obično oko 300 Pa). Energija pumpe se napaja iz dva električna pražnjenja s naponom od oko 1000÷5000 volti (ovisno o duljini cijevi) koji se nalaze na krajevima tikvice. Rezonator takvog lasera obično se sastoji od dva zrcala - potpuno neprozirna s jedne strane žarulje i druge, koja kroz sebe propuštaju oko 1% upadnog zračenja na izlaznoj strani uređaja.

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

Princip rada

Helij-neonski laser. Svjetlosna zraka u središtu je električno pražnjenje.

vidi također

Zaklada Wikimedia. 2010. godine.

Pogledajte što je "helij-neonski laser" u drugim rječnicima:

helij neonski laser- helio neono lazeris statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. helij neonski laser vok. Helij neonski laser, m rus. helij neonski laser, m pranc. laser à mélange d hélium et néon, m; laser helij neon, m … Terminų žodynas za radioelektroniku

Laser s nuklearnim pumpanjem je laserski uređaj čiji se aktivni medij pobuđuje nuklearnim zračenjem (gama kvanti, nuklearne čestice, produkti nuklearnih reakcija). Valna duljina zračenja takvog uređaja može biti iz ... ... Wikipedije

Ovaj pojam ima i druga značenja, pogledajte Laser (značenja). Laser (NASA laboratorij) ... 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 stvorenog ... ... Collier Encyclopedia

Izvor elektromagnetskog zračenja u vidljivom, infracrvenom i ultraljubičastom području, temeljen na stimuliranoj emisiji (vidi Stimulirana emisija) atoma i molekula. Riječ "laser" sastoji se od početnih slova (skraćenica) riječi ... ...

Laser s plinovitim aktivnim medijem. Cijev s aktivnim plinom smještena je u optički rezonator, koji se u najjednostavnijem slučaju sastoji od dva paralelna zrcala. Jedan od njih je proziran. Emitirano na nekom mjestu cijevi ... Velika sovjetska enciklopedija

Optički kvant. generator s plinovitim aktivnim medijem. Plin, u krom na uštrb energenata dop. izvora (pumpe), stvara se stanje inverzijom naseljenosti dviju energetskih razina (gornja i donja laserska razina), smještenih u optički ... ... Fizička enciklopedija

Laser (NASA laboratorij) Laser (engleski laser, skraćenica za Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation "Pojačanje svjetlosti stimuliranom emisijom") uređaj koji koristi kvantno mehanički učinak stimuliranog (stimuliranog) ... Wikipedia