Siųsti savo gerą darbą žinių bazėje yra paprasta. Naudokite žemiau esančią formą

Studentai, magistrantai, jaunieji mokslininkai, kurie naudojasi žinių baze savo studijose ir darbe, bus jums labai dėkingi.

Priglobta adresu http://www.allbest.ru/

1. Įvadas

2. Lazerių veikimo principas

3. Dujiniai lazeriai

4. Helio-neoninis lazeris

5. Helio-neoninio tipo lazeris LG-36a

6. Helio-neoninio lazerio taikymas medicinoje

7. Šiek tiek informacijos apie šiuolaikinius helio-neoninius lazerius

8. Naudotos literatūros sąrašas

1. Įvadas

Lazeriai arba optiniai kvantiniai generatoriai yra modernūs koherentinės spinduliuotės šaltiniai. Jų sukūrimas buvo vienas svarbiausių XX amžiaus fizikos laimėjimų. Lazeriai buvo gana plačiai pritaikyti beveik visose mokslo srityse, taip pat technologijose, medicinoje ir kariniuose reikaluose.

Šiek tiek pasinerkime į istoriją:

Idėja tirti dujų išmetimus, siekiant stebėti stimuliuojamą emisiją XX amžiaus pradžioje niekam nekilo – juk mokslininkai dar neįtarė jos egzistavimo.

1913 m. Albertas Einšteinas iškėlė hipotezę, kad spinduliuotė gali susidaryti žvaigždžių viduje, veikiant fotonams. Klasikiniame straipsnyje „The Quantum Theory of Radiation“, paskelbtame 1917 m., Einšteinas ne tik padarė išvadą apie tokios spinduliuotės egzistavimą iš bendrųjų kvantinės mechanikos ir termodinamikos principų, bet ir įrodė, kad jos kryptis, bangos ilgis, fazė ir poliarizacija yra vienoda. , tai yra nuosekliai verčianti spinduliuotę. Ir po dešimties metų Paulas Diracas griežtai pagrindė ir apibendrino šias išvadas.

Pirmieji eksperimentai.

Teoretikų darbai neliko nepastebėti. 1928 m. Kaizerio Vilhelmo draugijos Fizinės chemijos ir elektrochemijos instituto atominės fizikos katedros direktorius Rudolfas Ladenburgas ir jo mokinys Hansas Kopfermannas eksperimentiškai stebėjo populiacijos inversiją, atlikdami eksperimentus su neoniniais vamzdžiais. Tačiau stimuliuojama emisija buvo labai silpna ir buvo sunku ją atskirti spontaniškos emisijos fone.

Vienas iš bandymų sukurti lazerį buvo gana rimtas darbas, susijęs su optinių signalų stiprinimu naudojant stimuliuojamą emisiją. Šis darbas buvo maskviečio Valentino Fabrikanto daktaro disertacija, paskelbta 1940 m. 1951 metais V.A. Fabrikantas, F.A. Butaeva ir M.M. Vudinskis pateikė paraišką dėl naujo elektromagnetinės spinduliuotės stiprinimo metodo, pagrįsto terpės su populiacijos inversija, išradimo. Deja, šis darbas buvo išleistas tik po 8 metų ir buvo pastebėtas nedaugelio, o bandymai sukurti veikiantį optinį stiprintuvą pasirodė bevaisiai. To priežastis buvo rezonatoriaus trūkumas.

Kelią į lazerio sukūrimą rado ne optikai, o radijo fizikai, kurie jau seniai sugebėjo sukurti elektromagnetinių virpesių generatorius ir stiprintuvus naudodami rezonatorius ir grįžtamąjį ryšį. Būtent jiems buvo lemta sukurti pirmuosius koherentinės spinduliuotės kvantinius generatorius, tik ne šviesos, o mikrobangų krosneles.

Galimybę sukurti tokį generatorių pirmasis suprato Kolumbijos universiteto fizikos profesorius Charlesas Townesas. Jis suprato, kad naudojant kelių energijos lygių molekulių spindulį galima sukurti mikrobangų generatorių. Norėdami tai padaryti, jas reikia atskirti elektrostatiniais laukais ir sužadintų molekulių spindulį nukreipti į metalinę ertmę, kur jos pateks į žemesnį lygį, skleisdamos elektromagnetines bangas. Kad ši ertmė veiktų kaip rezonatorius, jos linijiniai matmenys turi būti lygūs skleidžiamų bangų ilgiui. Townsas pasidalino šia mintimi su magistrantu Jamesu Gordonu ir mokslo asistentu Herbertu Zeigeriu. Jie terpės vaidmeniui pasirinko amoniaką, kurio molekulės skleidžia 12,6 mm ilgio bangas, pereidamos iš sužadinto vibracinio lygio į žemės lygį. 1954 m. balandį Townesas ir Gordonas paleido pirmąjį pasaulyje mikrobangų kvantinį generatorių. Townesas šį įrenginį pavadino maseriu.

SSRS mokslų akademijos Fizikos instituto Virpesių laboratorijoje ta pačia tema nagrinėjo vyresnysis mokslo darbuotojas Aleksandras Prochorovas ir jo magistrantas Nikolajus Basovas. 1952 m. gegužę visos sąjungos radijo spektroskopijos konferencijoje jie pateikė pranešimą apie galimybę sukurti kvantinį stiprintuvą mikrobangų spinduliuotei, veikiančiam to paties amoniako molekulių pluoštą. 1954 m., netrukus po Townso, Gordono ir Zeigerio darbo paskelbimo, Prochorovas ir Basovas paskelbė straipsnį, kuriame buvo pateiktas teorinis tokio prietaiso veikimo pagrindimas. Townesas, Basovas ir Prochorovas už savo tyrimus buvo apdovanoti Nobelio premija 1964 m.

Nuo mikrobangų krosnelės iki šviesos.

Kadangi šviesos bangos ilgiai matuojami dešimtosiomis mikronų dalimis, pagaminti tokio dydžio ertmės rezonatorių buvo nerealu. Tikriausiai galimybę generuoti šviesą naudojant makroskopinius atvirojo veidrodžio rezonatorius pirmasis suprato amerikiečių fizikas Robertas Dicke'as, kuris 1956 m. gegužę šią idėją įformino patento paraiškoje. 1957 m. rugsėjį Townesas užrašų knygelėje nubraižė tokio generatoriaus planą ir pavadino jį optiniu maseriu. Po metų Townsas kartu su Arturu Šavlovu ir nepriklausomai nuo jų Prochorovu paskelbė straipsnius, kuriuose buvo teoriniai šio nuoseklios šviesos generavimo metodo pagrindimai.

Pats terminas „lazeris“ atsirado daug anksčiau. Šis angliškas santrumpa Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (pažodžiui verčiama kaip "šviesos stiprinimas stimuliuojama spinduliuote", nors vis dar įprasta lazerius vadinti ne stiprintuvais, o spinduliuotės generatoriais), žodį amplification pakeitus žodžiu generavimas suteikia neištariamą garsą. lgser derinys), sugalvojo Kolumbijos universiteto doktorantas Gordonas Gouldas, kuris savarankiškai atliko išsamią metodų, kaip gauti stimuliuojamą optinio diapazono emisiją, analizę.

Pirmasis veikiantis lazeris atsirado Theodoro Meimano, Hughes Aircraft Corporation darbuotojo, kuris pasirinko rubiną kaip aktyvią terpę, rankų. Meimanas suprato, kad dideliais tarpais atskirti chromo atomai gali „spindėti“ ne prasčiau nei dujų atomai. Norėdamas gauti optinį rezonansą, jis nusodino ploną sidabro sluoksnį ant lygiagrečių sintetinio rubino cilindro galų. Cilindras buvo pagamintas pagal užsakymą Union Carbide, kuriam pagaminti prireikė penkių mėnesių. Meimanas įdėjo rubino stulpelį į spiralinį vamzdelį, kuris suteikia ryškių šviesos blyksnių. 1960 m. gegužės 16 d. pirmasis pasaulyje lazeris iššovė pirmąjį spindulį. O tų pačių metų gruodį „Bell Labs“ paleido Ali Javano, Williamo Bennetto ir Donaldo Harrioto sukurtas helio-neono lazeris.

Lazerių mokslinė vertė ir praktinis panaudojimas buvo tokie akivaizdūs, kad tūkstančiai mokslininkų ir inžinierių iš įvairių šalių iškart ėmėsi jų. 1961 m. buvo paleistas pirmasis neodimio stiklo lazeris, per penkerius metus buvo sukurti puslaidininkiniai lazeriniai diodai, organinių dažų lazeriai, cheminiai lazeriai ir anglies dioksido lazeriai. 1963 metais Zhoresas Alferovas ir Herbertas Kremeris savarankiškai sukūrė puslaidininkinių heterostruktūrų teoriją, kurios pagrindu vėliau buvo sukurta daug lazerių.

Kaip minėta aukščiau, lazeriai įsitraukė į mūsų gyvenimą ir gana gerai jame įsitvirtino, užimdami gerą poziciją daugelyje mokslo ir technologijų sričių.

Šiuolaikinių lazerių darbiniais kūnais naudojamos įvairios agregacijos būsenos medžiagos: dujos, skysčiai, kietosios medžiagos.

Noriu sutelkti dėmesį į dujinius lazerius ir išsamiau ištirti lazerį, kurio aktyvioji terpė yra helio ir neono mišinys.

veikimo helio neoninio lazerio medicina

2. Lazerių veikimo principas

Žinome, kad jei atomui, esančiam žemės lygyje W 1, suteikiama energija, jis gali pereiti į vieną iš sužadintų lygių (1a pav.). Priešingai, sužadintas atomas gali spontaniškai (spontaniškai) pereiti į vieną iš žemesnių lygių, tuo pačiu išskirdamas tam tikrą energijos dalį šviesos kvanto pavidalu (1b pav.). Jei šviesos spinduliavimas vyksta atomui pereinant iš energijos lygio W m į energijos lygį W n, tada skleidžiamos (arba sugertos) šviesos dažnis

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

Būtent šie spontaniški spinduliavimo procesai vyksta įkaitusiuose kūnuose ir šviečiančiose dujose. Šildymas arba elektros išlydis kai kuriuos atomus perkelia į sužadinimo būseną; pereidami į žemesnes būsenas, jie skleidžia šviesą. Spontaniškų perėjimų metu atomai skleidžia šviesą nepriklausomai vienas nuo kito. Šviesos kvantus atsitiktinai skleidžia atomai bangų traukinių pavidalu. Traukiniai nėra laiku derinami tarpusavyje, t.y. turi skirtingą fazę. Todėl spontaniška emisija yra nenuosekli.

Kartu su spontaniška sužadinto atomo emisija yra stimuliuojama (arba indukuota) emisija: sužadinti atomai spinduliuoja veikiami išorinio greitai kintančio elektromagnetinio lauko, pavyzdžiui, šviesos. Pasirodo, veikiant išorinei elektromagnetinei bangai, atomas skleidžia antrinę bangą, kurioje dažnis, poliarizacija, sklidimo kryptis ir fazė visiškai sutampa su atomą veikiančios išorinės bangos parametrais. Yra savotiškas išorinės bangos kopijavimas (1c pav.). Stimuliuotos emisijos sąvoką į fiziką įvedė A. Einšteinas 1916 m. Stimuliuotos emisijos reiškinys leidžia valdyti atomų emisiją naudojant elektromagnetines bangas ir taip generuoti bei sustiprinti koherentinę šviesą.

Kad tai įvyktų, turi būti įvykdytos trys sąlygos.

1. Reikalingas rezonansas – krintančios šviesos dažnio sutapimas su vienu iš atomo spektro dažnių h mn. Rezonansinės sąlygos išsipildymu pasirūpino pati gamta, nes identiškų atomų emisijos spektrai yra absoliučiai identiški.

2. Kita sąlyga susijusi su įvairaus lygio populiacija. Kartu su stimuliuojamu šviesos spinduliavimu, kurį sukelia atomai viršutiniame lygyje W m , rezonansinė absorbcija taip pat vyksta atomų, gyvenančių žemesniame lygyje W n . Atomas, esantis apatiniame lygyje W n, sugeria šviesos kvantą, o pereina į viršutinį W m lygį.

Rezonanso sugertis neleidžia susidaryti šviesai.

Ar atomų sistema generuos šviesą, ar ne, priklauso nuo to, kurių atomų medžiagoje yra daugiau. Kad įvyktų generacija, būtina, kad atomų skaičius viršutiniame lygyje N m būtų didesnis nei atomų skaičius žemesniame lygyje N n, tarp kurių vyksta perėjimas.

Žinoma, galite naudoti tik porą lygių, tarp kurių galimas perėjimas, nes gamtos leidžiami ne visi perėjimai tarp bet kurių dviejų lygių. Natūraliomis sąlygomis aukštesniame lygyje bet kokioje temperatūroje yra mažiau dalelių nei žemesnio lygio. Todėl bet kuriame kūne, kad ir kaip stipriai įkaitintas, priverstinių perėjimų metu šviesos sugertis vyraus prieš spinduliuotę.

Norint sužadinti koherentinės šviesos generavimą, reikia imtis specialių priemonių, kad viršutinis iš dviejų pasirinktų lygių būtų labiau apgyvendintas nei apatinis. Medžiagos būsena, kai atomų skaičius viename iš aukštesnės energijos lygių yra didesnis nei atomų skaičius žemesnės energijos lygyje, vadinama aktyvia būsena arba būsena su populiacijos inversija (reversija).

Taigi, norint sužadinti koherentinės šviesos generavimą, populiacijos inversija yra būtina lygių porai, kurios perėjimas atitinka generavimo dažnį.

3. Trečia problema, kurią reikia išspręsti norint sukurti lazerį, yra grįžtamojo ryšio problema. Tam, kad šviesa valdytų atomų emisiją, būtina, kad dalis skleidžiamos šviesos energijos visada liktų darbinės medžiagos viduje, taip sakant, „atgaminti“, sukeldama priverstinę šviesos spinduliavimą vis daugiau naujų atomų. Tai atliekama veidrodžių pagalba. Paprasčiausiu atveju darbinė medžiaga dedama tarp dviejų veidrodžių, kurių vieno atspindžio koeficientas yra apie 99,8%, o antrojo (išėjimo) - apie 97-98%, o tai galima pasiekti tik naudojant dielektrines dangas. . Šviesos banga, skleidžiama bet kurioje vietoje dėl savaiminio atomo perėjimo, sustiprėja dėl stimuliuojamos emisijos, kai ji sklinda per darbinę medžiagą. Pasiekusi išvesties veidrodį, šviesa iš dalies praeis pro jį. Šią šviesos energijos dalį lazeris skleidžia lauke ir gali būti panaudota. Dalis šviesos, atsispindėjusios nuo pusiau skaidraus išėjimo veidrodžio, sukelia naują fotonų laviną. Ši lavina nesiskirs nuo ankstesnės dėl stimuliuojamos emisijos savybių.

Šiuo atveju, kaip ir bet kuriame rezonatoriuje, rezonanso sąlyga yra tenkinama tik toms bangoms, kurių sveikasis skaičius bangų ilgių telpa dvigubame optiniame kelyje rezonatoriaus viduje. Palankiausios sąlygos susidaro palei rezonatoriaus ašį sklindančioms bangoms, kurios užtikrina itin aukštą lazerio spinduliuotės kryptingumą.

Apibūdintų sąlygų įvykdymo vis dar nepakanka lazerio generavimui. Kad susidarytų šviesa, veikliosios medžiagos prieaugis turi būti pakankamai didelis. Ji turi viršyti tam tikrą vertę, vadinamą slenksčiu. Iš tiesų, tegul dalis šviesos srauto, patenkančio į išėjimo veidrodį, atsispindi atgal. Stiprinimas, esant dvigubam atstumui tarp veidrodžių (vienas pravažiavimas), turėtų būti toks, kad šviesos energija, grąžinama į išėjimo veidrodį, būtų ne mažesnė nei ankstesnį kartą. Tik tada šviesos banga pradės augti iš perėjimo į kitą. Jei taip nėra, tada antrojo praėjimo metu išėjimo veidrodis pasieks mažesnę energiją nei ankstesniu momentu, per trečią – dar mažesnę ir pan. Silpimo procesas tęsis tol, kol šviesos srautas visiškai užges. Akivaizdu, kad kuo mažesnis išėjimo veidrodžio atspindžio koeficientas, tuo didesnį slenkstinį stiprinimą turi turėti darbinė medžiaga. Taigi, veidrodžiai yra pirmoje vietoje nuostolių šaltinių sąraše.

Taigi, trumpai suformuluokime sąlygas, būtinas koherentinės šviesos šaltiniui sukurti:

· reikalinga darbinė medžiaga su atvirkštine populiacija. Tik tada galima gauti šviesos stiprinimą dėl priverstinių perėjimų;

· darbinė medžiaga turi būti dedama tarp veidrodžių, kurie suteikia grįžtamąjį ryšį;

· darbinės medžiagos suteikiamas stiprinimas, o tai reiškia, kad sužadintų atomų ar molekulių skaičius darbinėje medžiagoje turi būti didesnis už slenkstinę reikšmę, kuri priklauso nuo išėjimo veidrodžio atspindžio koeficiento.

Jei šios trys sąlygos bus įvykdytos, gausime sistemą, galinčią generuoti koherentinę šviesą, vadinamą lazeriu.

3. Dujiniai lazeriai

Dujos vadinami lazeriais, kuriuose aktyvioji terpė yra dujos, kelių dujų mišinys arba dujų mišinys su metalo garais.

Dujinės aktyviosios terpės ypatybės.

Dujų lazerių terpė turi keletą puikių savybių. Visų pirma, tik dujinės terpės gali būti skaidrios plačiame spektro diapazone nuo vakuuminio UV spektro srities iki IR, iš esmės mikrobangų. Dėl to dujiniai lazeriai veikia plačiu bangos ilgių diapazonu.

Toliau. Palyginti su kietosiomis medžiagomis ir skysčiais, dujos turi žymiai mažesnį tankį ir didesnį homogeniškumą. Todėl šviesos spindulys dujose yra mažiau iškraipomas ir išsklaidytas. Taip lengviau pasiekti lazerio spinduliuotės divergencijos difrakcijos ribą. Esant mažam tankiui, dujoms būdingas Doplerio spektro linijų išplėtimas, kurio reikšmė yra maža, palyginti su liuminescencijos linijos pločiu kondensuotoje terpėje. Taip lengviau pasiekti aukštą dujų lazerių spinduliuotės monochromatiškumą.

Kaip žinoma, norint įvykdyti savaiminio sužadinimo sąlygas, aktyviosios terpės stiprinimas vieno lazerio rezonatoriaus praėjimo metu turi viršyti nuostolius. Dujose nerezonansinių energijos nuostolių nebuvimas tiesiogiai aktyviojoje terpėje palengvina šios sąlygos įvykdymą. Techniškai sudėtinga pagaminti veidrodžius, kurių nuostoliai yra žymiai mažesni nei 1%. Todėl pelnas turi būti didesnis nei 1%. Santykinai lengva įvykdyti šį reikalavimą dujose, pavyzdžiui, padidinus aktyviosios terpės ilgį, paaiškina, kad yra daug dujų lazerių įvairiuose bangos ilgiuose.

Tuo pačiu metu mažas dujų tankis neleidžia gauti tokio didelio sužadintų dalelių tankio, kuris būdingas kietosioms medžiagoms.

Todėl dujinių lazerių savitoji energija yra žymiai mažesnė nei kondensuotųjų medžiagų lazerių.

Dujų specifiškumas taip pat pasireiškia įvairių fizikinių procesų, naudojamų populiacijos inversijai sukurti, įvairove. Tai apima sužadinimą susidūrimo metu elektros išlydžio metu, sužadinimą dujų dinaminiuose procesuose, cheminį sužadinimą, optinį siurbimą (lazerio spinduliuote) ir elektronų pluošto sužadinimą.

Lazeryje, kuris bus išsamiau aptartas vėliau šiame straipsnyje, sužadinimas atliekamas elektros iškrova.

4. Neoninis helio lazeris

Helio ir neono mišinio lazeris buvo pirmasis nepertraukiamų bangų lazeris, kuriame 1,15 μm bangos ilgio spinduliuotė atsiranda dėl perėjimų tarp 2S ir 2P lygių Ne atomuose.

Vėliau buvo naudojami kiti Ne perėjimai, norint gauti lazeravimą esant n = 0, 6328 μm ir n = 3, 39 μm.

Veiksmą galima paaiškinti 3 pav. Dujų mišinyje, kuriame paprastai yra helio (1 mmHg) ir neono (0,1 mmHg), susidaro nuolatinė srovė arba aukšto dažnio išlydis.

3 pav

Elektronai, pagreitinti elektrinio lauko, perneša helio atomus į įvairias sužadintas būsenas. Įprasto kaskadinio sužadintų atomų atsipalaidavimo į pradinę būseną metu daugelis jų kaupiasi ilgai išliekančiais metastabiliais lygiais 2(3)S 2(1)S, kurių gyvavimo trukmė yra atitinkamai 10 -4 ir 5*10 -6 sekundės. Kadangi šie metastabilūs lygiai savo energija beveik sutampa su 2S ir 3S lygiais Ne, jie gali perduoti sužadinimą Ne atomams. Būti pagrindinėje būsenoje ir keistis energija su jais. Nedidelis energijos skirtumas (?400 cm -1 2S lygio atveju) po susidūrimo paverčiamas kinetine atomo energija. Tai yra pagrindinis siurbimo mechanizmas He-Ne sistemoje.

1. Generavimas esant 0,6328 μm bangos ilgiui. Viršutinis lazerio nivelyras yra vienas iš 3S neoninių lygių, o apatinis priklauso 2P grupei. Apatinis 2P lygis mažėja radiaciniu būdu, kurio laiko konstanta yra apie 10–8 s. į ilgaamžę 1S būseną. Šis laikas yra daug trumpesnis nei viršutinio 3S lazerio nivelyro tarnavimo laikas (10–7 s). Taigi populiacijos inversijos sąlyga pereinant 3S–2P yra įvykdyta.

Svarbus 1S lygis. Atomai lieka ant jo radiacinių perėjimų metu iš apatinio 2P lazerio lygio dėl ilgo šio lygio eksploatavimo laiko. 1S būsenos atomai susiduria su išlydžio elektronais ir sužadinami atgal į apatinį 2P lazerio lygį. Tai sumažina inversiją. 1S būsenų atomai atsipalaiduoja atgal į pradinę būseną, daugiausia susidūrę su išleidimo vamzdžio sienele. Dėl šios priežasties 0,6328 µm perėjimo padidėjimas didėja mažėjant vamzdžio skersmeniui.

2. Generavimas esant 1,15 μm bangos ilgiui. Viršutinis 2S neono lazerio lygis pumpuojamas rezonansinių (ty išsaugant vidinę energiją) susidūrimų su metastabiliu 2 3 S helio lygiu. Apatinis lygis yra toks pat kaip generuojant 0,6328 μm perėjimu, o tai taip pat lemia neoninio 1S lygio populiacijos priklausomybę nuo susidūrimų su sienomis.

3. Generavimas esant 3,39 μm bangos ilgiui. Taip yra dėl 3S-3P perėjimų neoniniuose atomuose. Dabar viršutinis lazerio lygis yra toks pat kaip ir generuojant, 0,6328 μm bangos ilgio. Esant šiam perėjimui, mažo signalo 1 optinis stiprinimas pasiekia apie 50 dB/m. Šis didelis padidėjimas iš dalies paaiškinamas trumpu 3P lygio tarnavimo laiku, kuris leidžia sukurti didelę inversiją. Dėl didelio stiprinimo šiame perėjime generavimas esant 3,39 µm bangos ilgiui neleidžia generuoti, kai bangos ilgis yra 0,6328 µm. Taip yra todėl, kad slenkstinės sąlygos pirmiausia pasiekiamos 3,39 µm perėjimui. Kai tai įvyksta, padidėjimo prisotinimas pradeda trukdyti tolesniam 3S lygio populiacijos didėjimui. Lazeriuose, kurių bangos ilgis yra 0,6328 μm, su tuo kovojama į optinį spindulį įvedant papildomus elementus, pavyzdžiui, stiklinius arba kvarcinius Brewster langus, kurie stipriai sugeria 3,39 μm bangos ilgio spinduliuotę ir perduoda nuo 0,6328 μm. Tokiu atveju slenkstinis siurbimo lygis lazeravimui n=3,39 μm tampa didesnis nei lazerinis lygis 0,6328 μm.

Kalbame apie labai silpnos bangos, sklindančios per iškrovos sritį lazerio ertmės viduje, stiprinimą vienu praėjimu. Lazeryje pralaidumo padidėjimas sumažinamas dėl prisotinimo, kol jis prilygsta pralaidumo praradimui.

5. Ghelio-neoninio tipo lazeris LG-36a

Helio-neoniniame lazeryje darbinis dujų mišinys yra dujų išlydžio vamzdyje (4 pav.), kurio ilgis gali siekti 0,2-1 m.

Vamzdis pagamintas iš aukštos kokybės stiklo arba kvarco. Gamybos galia iš esmės priklauso nuo vamzdžio skersmens. Padidėjus skersmeniui, padidėja darbinio mišinio tūris, o tai prisideda prie generavimo galios padidėjimo. Tačiau didėjant vamzdžio skersmeniui, plazmos elektronų temperatūra mažėja, todėl mažėja elektronų, galinčių sužadinti dujų atomus, skaičius. Tai galiausiai sumažina generavimo galią. Siekiant sumažinti nuostolius, dujų išleidimo vamzdžio galai uždaromi plokščiomis lygiagrečiomis plokštėmis, kurios nėra statmenos vamzdžio ašiai, o taip, kad šios plokštės normalioji sudarytų kampą i B \u003d arctg n (n yra plokštės medžiagos lūžio rodiklis), vadinamas Brewsterio kampu. Elektromagnetinės bangos atspindžio nuo sąsajos tarp skirtingų terpių kampu i B ypatumas plačiai naudojamas lazerių technologijoje. Ląstelės išėjimo langų nustatymas su aktyvia terpe Brewsterio kampu vienareikšmiškai lemia lazerio spinduliuotės poliarizaciją. Spinduliuotės, poliarizuotos kritimo plokštumoje, nuostoliai rezonatoriuje yra minimalūs. Natūralu, kad būtent ši linijiškai poliarizuota spinduliuotė yra nustatyta lazeryje ir yra vyraujanti.

Dujų išlydžio vamzdis dedamas į optinį rezonatorių, kurį sudaro veidrodžiai su interferencine danga. Veidrodžiai tvirtinami flanšuose, kurių konstrukcija leidžia reguliavimo metu sukant reguliavimo varžtus veidrodžius pasukti į dvi viena kitai statmenas plokštumas. Dujų mišinio sužadinimas atliekamas tiekiant aukšto dažnio įtampą iš maitinimo šaltinio į elektrodus. Maitinimo šaltinis yra aukšto dažnio generatorius, generuojantis elektromagnetinius virpesius, kurių dažnis yra apie 30 MHz, esant kelių dešimčių vatų galiai.

Dujiniai lazeriai plačiai tiekiami nuolatine 1000-2000 V įtampos srove, gaunama naudojant stabilizuotus lygintuvus. Šiuo atveju dujų išlydžio vamzdyje yra šildomas arba šaltas katodas ir anodas. Iškrovai vamzdyje uždegti naudojamas elektrodas, kuriam įvedama apie 12 kV impulsinė įtampa. Ši įtampa gaunama iškraunant 1-2 mikrofaradų kondensatorių per pirminę impulsinio transformatoriaus apviją.

Helio-neoninių lazerių privalumai – jų spinduliavimo koherentiškumas, mažos energijos sąnaudos (8-10 W) ir maži matmenys. Pagrindiniai trūkumai yra mažas efektyvumas (0,01-0,1%) ir maža išėjimo galia, neviršijanti 60 mW. Šie lazeriai gali veikti ir impulsiniu režimu, jei sužadinimui naudojama didelės amplitudės impulsinė įtampa, kurios trukmė yra kelios mikrosekundės.

6. Ge paraiškaličio-neono lazeris medicinoje

Kaip minėta aukščiau, helio-neono lazeris yra plačiai pritaikytas. Šiame darbe noriu apsvarstyti šio lazerio panaudojimą medicinoje. Būtent helio-neoninio lazerio naudojimas žmogaus veiklai atkurti ir pagerinti.

Lazeriai medicinoje naudojami daugiau nei 20 metų. Per šį laikotarpį lazerinės spinduliuotės tyrimai susiformavo specializuotoje biomedicinos mokslo srityje, apimančioje dvi pagrindines sritis: patologinių židinių audinių naikinimą santykinai galinga lazerio spinduliuote ir biostimuliacijos poveikį mažos energijos spinduliuotei.

Tyrimais įrodyta, kad helio-neoninis lazeris stimuliuoja gyvą organizmą, padeda išvalyti žaizdas nuo mikroorganizmų ir pagreitina epitelizaciją, gerina centrinės nervų sistemos funkcinius parametrus ir galvos smegenų kraujotaką sergant hipertenzija; sukelia skausmų nutrūkimą arba jų sumažėjimą sergantiesiems stuburo osteochondroze.

Daugelis tyrinėtojų įrodė, kad lazerio spinduliuotės atnešama energija yra „paklausa“ tuo atveju, kai tai yra dėl žmogaus būklės savireguliacijos poreikių. Tai suteikia teisę manyti, kad lazerio spinduliavimas nėra dirginantis, jaudinantis, bet turi normalizuojantį, nepinguojantį pobūdį.

Išsamiau panagrinėkime medicinos mokslų kandidato, docento T.I. Dolmatova, G.L. Shreibergas, biologijos mokslų kandidatas, docentas N.I. Visos Rusijos kūno kultūros tyrimų instituto Maskvos valstybinės kūno kultūros akademijos dvynys. Jie lokaliai veikė lazerio spinduliu biologiškai aktyvius taškus (BAP) kūno paviršiuje. Helio-neoninis lazeris ant GPGB buvo naudojamas sporte tiriant atsigavimo procesus po fizinio krūvio ir radiacijos pasekmes. Lazerio spinduliavimas atliktas aparatu AG-50, kurio bangos ilgis 632 A, spinduliavimo galia 10 mV, švitinimo plotas 0,5 cm2; apšvitinimo taškai - "he-gu" 2 , "ju-san-li", ekspozicijos laikas - 2,0 minučių kiekvienam simetriniam taškui, bendras poveikio laikas - 10 minučių, procedūra buvo atliekama kasdien 10 dienų.

Prieš mankštą sportininkai buvo apšvitinti helio-neoniniu lazeriu. 5 dieną jie pastebėjo geresnį atsigavimą po fizinio krūvio, taip pat geriau toleravo treniruotes su dideliais svoriais. Iki 10-osios helio-neoninio lazerio poveikio sportininkų sveikata išliko gera, jie su malonumu treniravosi, gerai toleravo krūvius. Taip pat lazeriu veikė atsigavimo periodu, iškart po fizinio krūvio, tyrimai parodė, kad greičiau nei be spinduliuotės atsigauna, atsipalaiduoja, geras miegas, sumažėjo širdies susitraukimų dažnis, mažėjo maksimalus ir minimalus kraujospūdis.

Taigi visų sportininkų, kuriems buvo atliktas helio-neoninio lazerio švitinimas, treniruočių ciklo metu sportiniai rezultatai ryškesni padidėjo, o atsigavimas vyko daug geriau nei be spinduliuotės.

He-gu taškas yra raukšlės viršuje tarp suspausto rodyklės ir nykščio.

7. Šiek tiek informacijos apie pelėdasjuostiniai helio-neoniniai lazeriai

Labiausiai paplitę yra sandarūs He-Ne plazminiai vamzdeliai su įmontuotais veidrodžiais ir aukštos įtampos maitinimo šaltiniais. Laboratoriniai He-Ne lazeriai su išoriniais veidrodžiais taip pat egzistuoja ir yra brangūs.

Bangos ilgiai:

· Raudona 632,8 nm (iš tikrųjų atrodo kaip oranžinė-raudona) dabar yra labiausiai paplitusi.

Oranžinė 611,9 nm

Geltona 594,1 nm

Žalias 543,5 nm

· IR 1523,1 nm (jų taip pat yra, tačiau jie yra mažiau efektyvūs, todėl yra brangesni už vienodą spindulio galią).

Sijos kokybė:

Išskirtinai aukštas. Išėjimo spinduliuotė yra gerai kolimuota be papildomos optikos ir turi puikų koherentiškumo ilgį (nuo 10 cm iki kelių metrų ar daugiau). Dauguma mažų vamzdžių veikia vienu skersiniu režimu (TEM00).

Išėjimo galia:

Nuo 0,5 iki 35 mW (dažniausiai) yra 250 mW ir daugiau.

Kai kurie naudojimo būdai:

Gamyklinis nustatymas ir išmatavimai; kraujo ląstelių skaičiavimas ir analizė; medicininis nurodymas ir stebėjimas operacijų metu (didelės galios lazeriams); didelės raiškos spausdinimas, nuskaitymas ir skaitmeninimas; Brūkšninių kodų skaitytuvai; trukdžių metrologija ir greičio matavimas; bekontakčiai matavimai ir stebėjimas; bendroji optika ir holografija; lazerių šou; Lazerinis diskas ir kitos laikmenos.

Kaina:

25–5000 USD ar daugiau, priklausomai nuo dydžio, kokybės, būklės (naujas ar ne).

Privalumai:

Nebrangios, plačiai prieinamos dalys, patikimos, ilgaamžės.

8. Bibliografija

1. NV Karlov Kvantinės fizikos paskaitos. 314s.

2. A. S. Boreisho lazeriai: prietaisas ir veiksmas. Sankt Peterburgas 1992. 214p.

3. A. Yariv Optinės elektronikos įvadas. “Aukštoji mokykla”, Maskva 1983. 398 p.

4. Yu. V. Baiborodin Lazerinės technologijos pagrindai. „Aukštoji mokykla“ 1988. 383p.

Priglobta Allbest.ru

Panašūs dokumentai

Bendrosios helio-neoninio lazerio charakteristikos, jo projektavimas ir pagrindinių parametrų apskaičiavimas: aktyviosios terpės stiprinimas, optimali srovė, ertmės ilgis, pluošto juosmens spindulys, efektyvusis pluošto skerspjūvio plotas, siurblio galia ir efektyvumas.

testas, pridėtas 2013-07-24


Lazerių veikimo principo pagrindas. Lazerių klasifikacija ir pagrindinės jų charakteristikos. Lazerio naudojimas prekių ženklinimui. Veikliosios medžiagos sužadinimo būdas. Lazerio spindulio divergencija. Bangos ilgio diapazonas. Lazerio taikymo sritys.

kūrybinis darbas, pridėtas 2015-02-24


Atominės sugerties matavimų teorija: šviesos emisija ir sugertis, sugerties linijos ir sugerties koeficiento samprata, sugerties linijos kontūras. Lazerio veikimo principas. Helio-neoninio lazerio veikimo aprašymas. Lazeriai ant organinių dažų.

santrauka, pridėta 2007 10 03


Optinio kvantinio generatoriaus arba lazerio sukūrimas yra puikus fizikos atradimas. Lazerių veikimo principas. Stimuliuota ir spontaniška emisija. Dujinis, nuolatinis puslaidininkis, dujų dinaminis, rubino lazeris. Lazerių taikymo sritys.

pristatymas, pridėtas 2016-09-13


Lazerio sukūrimo istorija. Lazerio veikimo principas. Kai kurios unikalios lazerio spinduliuotės savybės. Lazerių taikymas įvairiuose technologiniuose procesuose. Lazerių panaudojimas juvelyrikos pramonėje, kompiuterinėse technologijose. Lazerio spindulių galia.

santrauka, pridėta 2014-12-17


Lazeris yra kvantinis generatorius, skleidžiantis matomą ir infraraudonąją spinduliuotę. Lazerinio įrenginio schema ir veikimo principas. Laikini įrenginio veikimo režimai, energijos tiekimo dažnis. Lazerių panaudojimas įvairiose mokslo ir technologijų srityse.

santrauka, pridėta 2011-02-28


Lazerių samprata, klasifikacija pagal požymius, pagrindinių parametrų charakteristikos, privalumai. Lazerių su išoriniu veidrodžių išdėstymu projektavimo priežastys. Fizinių procesų dujų išmetimo metu, prisidedančių prie aktyviosios terpės susidarymo, aprašymas.

santrauka, pridėta 2011-01-13


Puslaidininkinių medžiagų ir spinduliuotės šaltinių charakteristikos. Šaltinio prijungimas prie pluošto. Vienmodžių lazerių konstrukcijos, DBR lazerių savybės. Daugiamodio lazerio su Fabry-Perot rezonatoriumi parametrų skaičiavimas. Šviesos diodai (LED).

santrauka, pridėta 2011-11-06


Paprasčiausio kietojo kūno lazerio įrenginys ir paskirtis; jų gamyba iš rubinų, molibdatų, granatų. Susipažinimas su kristalų optinėmis savybėmis ir šviesos generavimo ypatumais. Impulsinio lazerio energetinių charakteristikų nustatymas.

santrauka, pridėta 2011-10-12


Pažintis su elektromagnetinės spinduliuotės generatorių sukūrimo istorija. Elektros grandinės aprašymas ir puslaidininkinio lazerio veikimo principų tyrimas. Lazerio panaudojimo cheminei medžiagai įtakos ir informacijos perdavimo būdų svarstymas.

Vokiečių kompanijos LSS gaminami dujiniai helio-neoniniai lazeriai (He-Ne lazeriai) pasižymi tvirta konstrukcija, gera spindulio kokybe ir ilgu tarnavimo laiku – iki 20 000 valandų. Helio-neoninių lazerių seriją reprezentuoja įvairūs lazeriniai modeliai, vienmodžiai ir daugiamodiai, kurių išėjimo galia nuo 0,5 iki 35 mW, spinduliuojantys raudonos, žalios ir geltonos spalvos spektro diapazone. Taip pat yra Brewster langų lazerinių vamzdžių švietimo ir mokslo reikmėms.

Visi modeliai aprūpinti maitinimo šaltiniu. LGK serijos dujų jonų argono lazeriai atitinka įspūdingą pasaulinių standartų sąrašą ir yra sertifikuoti CDRH, IEC, CSA, CE, TUV, UL. LSS teikia efektyvų savo gamybos lazerių palaikymą visame pasaulyje, suteikdama klientams patogią ir greitą lazerinių vamzdelių keitimo paslaugą. Be serijinių modelių, įmonė gamina lazerines sistemas pagal užsakymą.

Helio neoninis lazeris skirtas įvairiems tikslams, pavyzdžiui, skenuojamiesiems mikroskopams, spektroskopijai, metrologijai, pramoniniams matavimams, padėties nustatymui, derinimui, taikymui, bandymams, kodų tikrinimui, moksliniams, baziniams ir medicininiams tyrimams, taip pat švietimo tikslams.

Lazerinių modulių specifikacijos

Žemiau esančiose lentelėse parodytos pagrindinės lazerių charakteristikos. Visų toliau pateiktų elementų specifikacijos yra bendros standartinių modelių charakteristikos. Atskiras charakteristikas galima optimizuoti konkrečioms programoms. Jei turite specialių pageidavimų, susisiekite su mūsų įmonės konsultantu.

Lazerinių vamzdžių specifikacijos

Maitinimo šaltinio specifikacijos

Visuose LGK serijos dujų jonų argono lazerių modeliuose yra LSS gaminamas maitinimo blokas.

Labiausiai paplitęs dujų lazeris yra helio-neono ( Jis-Ne) lazeris (neutralaus atomo lazeris), kuris veikia helio ir neono mišinį santykiu 10:1. Šis lazeris taip pat yra pirmasis nuolatinis lazeris.

Apsvarstykite helio ir neono lygių energetinę schemą (3.4 pav.). Generacija vyksta tarp neoninių lygių, o siurbimo procesui atlikti pridedama helio. Kaip matyti iš paveikslo, lygiai 2 3 S 1 ir 2 1 S 0 helis yra atitinkamai arti lygių 2s ir 3s ne ji. Kadangi helio lygis 2 3 S 1 ir 2 1 S 0 yra metastabilios, tada metastabiliems sužadintam helio atomams susidūrus su neoniniais atomais, įvyks rezonansinis energijos perdavimas neoniniams atomams (antros rūšies susidūrimai).

Taigi lygiai 2s ir 3s neonas gali būti apgyvendintas, todėl generavimas gali vykti iš šių lygių. Gyvenimas s- valstybės ( t s» 100 ns) daug ilgesnis tarnavimo laikas R- valstybės ( t p»10 ns), todėl tenkinama ši sąlyga, kad lazeris veiktų pagal keturių lygių schemą:

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

Viename iš perėjimų galima generuoti lazeriu a, b, c pagal bangos ilgius l a= 3,39 µm, lb=0,633 µm, l s=1,15 μm, kurį galima gauti pasirinkus rezonatorių veidrodžių atspindžio koeficientą arba įvedant į rezonatorių dispersinius elementus.

Ryžiai. 3.4. Helio ir neono energijos lygių schema.

Panagrinėkime tokio lazerio generavimo charakteristikas.

3.5 pav. Helio-neoninio lazerio generavimas.

Pradinis išėjimo galios padidėjimas didėjant siurblio srovei paaiškinamas populiacijos inversija. Pasiekus didžiausią galią kreivė pradeda mažėti toliau didėjant siurblio srovei. Tai paaiškinama tuo, kad 2p ir 1s lygiai neturi laiko atsipalaiduoti; elektronai nespėja pereiti į žemą energijos lygį ir elektronų skaičius gretimuose 2p ir 1s lygiuose tampa toks pat. Šiuo atveju inversijos nėra.

Helio-neoninių lazerių efektyvumas yra 0,1%, o tai paaiškinama mažu sužadintų dalelių tūrio tankiu. Tipinė išėjimo galia Jis-Ne– lazeris P~5-50 mW, divergencija q~1 mrad.

Argono lazeris

Tai yra galingiausi nuolatinių bangų lazeriai matomoje ir artimoje ultravioletinėje spektro srityje, susiję su jonų dujų lazeriais. Viršutinis lazerio lygis darbinėse dujose yra užpildytas dėl dviejų nuoseklių elektronų susidūrimų elektros iškrovos metu. Pirmojo susidūrimo metu iš neutralių atomų susidaro jonai, o antrajame šie jonai sužadinami. Todėl siurbimas yra dviejų etapų procesas, kurių kiekvieno efektyvumas yra proporcingas srovės tankiui. Norint efektyviai siurbti, reikalingas pakankamai didelis srovės tankis.

Įjungta lazerio energijos lygio diagrama Ar + parodyta pav. 3.3. Lazerio spinduliavimas linijose nuo 454,5 nm iki 528,7 nm atsiranda, kai užpildoma lygių grupė 4p sužadinant elektronų smūgiu į žemę arba metastabilias būsenas Ar + .

3,5 CO 2 lazeris

Molekulinė CO 2-Lazeriai yra galingiausi cw lazeriai tarp dujinių lazerių, dėl didžiausio efektyvumo elektros energiją paverčiant spinduliuotės energija (15-20%). Lazeris generuojamas esant vibraciniams-sukimosi perėjimams, o šių lazerių spinduliuotės linijos yra tolimojoje infraraudonųjų spindulių srityje, kurios yra 9,4 μm ir 10,4 μm bangos ilgiuose.

AT CO 2 Lazeris naudoja dujų mišinį CO 2, N 2 ir Jis. Siurbimas atliekamas tiesiogiai molekulių susidūrimo metu CO 2 su elektronais ir vibraciniu būdu sužadintomis molekulėmis N 2. Didelis He šilumos laidumas mišinyje skatina vėsinimą CO 2, o tai lemia žemesnio lazerio lygio išeikvojimą dėl terminio sužadinimo. Taigi buvimas N 2 mišinyje prisideda prie didelio viršutinio lazerio lygio populiacijos ir buvimo Jis– žemesnio lygio išeikvojimas ir dėl to kartu didėja populiacijos inversija. Energijos lygio diagrama CO 2- lazeris parodytas fig. 3.4. Lazerio generavimas atliekamas pereinant tarp molekulės vibracinių būsenų CO 2 n 3 Birželio 1 d arba n 3 birželio 2 d pasikeitus sukimosi būsenai.

Ryžiai. 3.4. Energijos lygio diagrama N 2 ir CO 2 in CO 2– lazeris.

CO 2 Lazeris gali veikti tiek nuolatiniu, tiek impulsiniu režimu. Nepertraukiamu režimu jo išėjimo galia gali siekti kelis kilovatus.

Šio darbo tikslas – ištirti dujinio lazerio, kuriame kaip veiklioji medžiaga naudojamas helio ir neoninių dujų mišinys, pagrindines charakteristikas ir parametrus.

3.1. Helio-neoninio lazerio veikimo principas

Helio neoninis lazeris yra tipiškas ir labiausiai paplitęs dujų lazeris. Priklauso atominiams dujiniams lazeriams, o jo aktyvioji terpė yra neutralių (nejonizuotų) inertinių dujų – helio ir neono – atomų mišinys. Neonas yra darbinės dujos, o perėjimai tarp jų energijos lygių vyksta skleidžiant koherentinę elektromagnetinę spinduliuotę. Helis atlieka pagalbinių dujų vaidmenį ir prisideda prie neono sužadinimo ir populiacijos inversijos jame sukūrimo.

Norint pradėti generuoti bet kurį lazerį, turi būti įvykdytos dvi svarbios sąlygos:

1. Turi būti populiacijos inversija tarp darbinių lazerio lygių.

2. Aktyvios terpės stiprinimas turi viršyti visus lazerio nuostolius, įskaitant "naudingus" spinduliuotės išėjimo nuostolius.

Jei sistema turi du lygius E 1 ir E 2 su kiekvienos iš jų dalelių skaičiumi N 1 ir N 2 ir išsigimimo laipsnis g 1 ir g 2 , tada populiacijos inversija įvyks, kai populiacija N 2 /g 2 aukščiausi lygiai E 2 gyventojų bus daugiau N 1 /g 1 žemesnis lygis E 1 , tai yra inversijos laipsnis Δ N bus teigiamas:

Jei lygiai E 1 ir E 2 yra neišsigimę, tada, kad įvyktų inversija, būtina, kad dalelių skaičius N 2 aukščiausiame lygyje E 2 buvo daugiau nei dalelių skaičius N 1 žemesniame lygyje E vienas . Lygiai, tarp kurių galimas populiacijos inversijos susidarymas ir priverstinių perėjimų atsiradimas skleidžiant koherentinę elektromagnetinę spinduliuotę, vadinami darbiniai lazeriniai lygiai.

Populiacijos inversijos būsena sukuriama naudojant siurbimas– dujų atomų sužadinimas įvairiais būdais. Dėl išorinio šaltinio energijos, vadinama siurblio šaltinis, Ne atomas nuo žemės energijos lygio E 0 , atitinkantis termodinaminės pusiausvyros būseną, pereina į sužadintą būseną Ne*. Priklausomai nuo siurblio intensyvumo, gali įvykti perėjimai į skirtingus energijos lygius. Tada vyksta spontaniški arba priverstiniai perėjimai į žemesnius energijos lygius.

Daugeliu atvejų nebūtina atsižvelgti į visus galimus perėjimus tarp visų sistemos būsenų. Tai leidžia kalbėti apie dviejų, trijų ir keturių lygių lazerio veikimo schemas. Lazerio veikimo schemos tipą lemia aktyvios terpės savybės, taip pat naudojamas siurbimo būdas.

Helio-neono lazeris veikia trijų lygių schemoje, kaip parodyta Fig. 3.1. Šiuo atveju siurbimo ir spinduliuotės generavimo kanalai yra iš dalies atskirti. Veikliosios medžiagos siurbimas sukelia perėjimus nuo žemės lygio E 0 iki susijaudinimo lygio E 2, dėl to atsiranda populiacijos inversija tarp darbinių lygių E 2 ir E vienas . Aktyvioji terpė, kurios būsenoje yra darbinių lygių gyventojų inversija, gali stiprinti elektromagnetinę spinduliuotę tokiu dažniu
dėl stimuliuojamų emisijos procesų.

Ryžiai. 3.1. Darbinių ir pagalbinių dujų energijos lygių diagrama, paaiškinanti helio-neoninio lazerio veikimą

Kadangi energijos lygių išsiplėtimas dujose yra nedidelis ir nėra plačių sugerties juostų, naudojant optinę spinduliuotę sunku gauti atvirkštinę populiaciją. Tačiau dujose galimi ir kiti siurbimo būdai: tiesioginis elektroninis sužadinimas ir rezonansinės energijos perdavimas susidūrus atomams. Atomų sužadinimas susidūrus su elektronais lengviausiai gali būti atliktas elektros iškrovoje, kur elektronai pagreitinami elektrinio lauko gali įgyti reikšmingos kinetinės energijos. Neelastingai susidūrus elektronams su atomais, pastarieji pereina į sužadinimo būseną E 2:

Svarbu, kad procesas (3.4) turėtų rezonansinį pobūdį: energijos perdavimo tikimybė bus didžiausia, jei skirtingų atomų sužadintos energijos būsenos sutaps, t.y.

He ir Ne energijos lygiai bei pagrindiniai darbiniai perėjimai detaliai parodyti 1 pav. 3.2. Perėjimai, atitinkantys neelastingą dujų atomų sąveiką su greitaisiais elektronais (3.2) ir (3.3), rodomi punktyrinėmis rodyklėmis aukštyn. Dėl elektronų smūgio helio atomai sužadinami iki 2 1 S 0 ir 2 3 S 1 lygių, kurie yra metastabilūs. Spinduliavimo perėjimai heliuje į pagrindinę būseną 1 S 0 draudžiami atrankos taisyklėmis. Sužadinti He atomai susiduria su Ne atomais, esančiais pagrindinėje būsenoje 1 S 0, galimas sužadinimo perdavimas (3.4), ir neonas pereina į vieną iš 2S arba 3S lygių. Šiuo atveju rezonanso sąlyga yra įvykdyta, nes energijos tarpai tarp žemės ir sužadintų būsenų pagalbinėse ir darbinėse dujose yra arti vienas kito.

Radiaciniai perėjimai gali vykti iš 2S ir 3S neono lygių į 2P ir 3P lygius. P lygiai yra mažiau apgyvendinti nei viršutiniai S lygiai, nes nėra tiesioginio energijos perdavimo iš He atomų į šiuos lygius. Be to, lygiai P turi trumpą gyvavimo trukmę, o nespinduliuojantis perėjimas P → 1S ištuština lygius P. Taigi situacija (3.1) susidaro, kai aukštesniųjų lygių S populiacija yra didesnė už žemesnių lygių P populiaciją, y., tarp lygių S ir P vyksta populiacijos inversija, o tai reiškia, kad perėjimai tarp jų gali būti naudojami generuojant lazerį.

Kadangi S ir P lygių skaičius yra didelis, tarp jų galimas didelis skirtingų kvantinių perėjimų rinkinys. Visų pirma, nuo keturių 2S lygių iki dešimties 2P lygių, pagal atrankos taisykles leidžiama atlikti 30 skirtingų perėjimų, kurių dauguma generuoja. Stipriausia emisijos linija 2S → 2P perėjimų metu yra 1,1523 μm linija (infraraudonoji spektro sritis). 3S→2Р perėjimams reikšmingiausia linija yra 0,6328 µm (raudona sritis), o 3S→3Р – 3,3913 µm (IR sritis). Spontaniška emisija vyksta visais išvardytais bangos ilgiais.

Ryžiai. 3.2. Helio ir neono atomų energijos lygiai ir He-Ne lazerio veikimo schema

Kaip minėta anksčiau, po radiacinių perėjimų į P lygius, P → 1S perėjimų metu įvyksta neradiacinis skilimas. Deja, neono 1S lygiai yra metastabilūs ir jei dujų mišinyje nėra kitų priemaišų, vienintelis būdas neoniniams atomams pereiti į pagrindinę būseną iš 1S lygio yra susidūrimas su indo sienelėmis. Dėl šios priežasties sistemos stiprinimas didėja mažėjant išleidimo vamzdžio skersmeniui. Kadangi neono 1S būsenos lėtai išsenka, Ne atomai išlaikomi šiose būsenose, o tai labai nepageidautina ir lemia daugybę šio lazerio savybių. Visų pirma, kai siurblio srovė padidėja virš slenkstinės vertės j tada sparčiai didėja, o vėliau prisotinimas ir net mažėja lazerio spinduliuotės galia, kuri yra būtent dėl ​​darbinių dalelių susikaupimo 1S lygiuose ir tada jų perkėlimo į 2P arba 3P būsenas susidūrus su elektronais. Dėl to neįmanoma gauti didelės išėjimo spinduliuotės galios.

Atvirkštinės populiacijos atsiradimas priklauso nuo He ir Ne slėgio mišinyje ir nuo elektronų temperatūros. Optimalios dujų slėgio vertės yra 133 Pa He ir 13 Pa Ne. Elektronų temperatūra nustatoma pagal dujų mišinio įtampą. Paprastai ši įtampa palaikoma 2…3 kV lygyje.

Norint gauti lazerio generavimą, būtina, kad lazeris būtų teigiamas, kitaip įrenginys veiks tik kaip stiprintuvas. Tam aktyvi dujinė terpė dedama į optinį rezonatorių. Rezonatorius ne tik sukuria grįžtamąjį ryšį, bet ir pasirenka virpesių tipus bei generavimo bangos ilgį, kuriam naudojami specialūs selektyvūs veidrodžiai.

Kai siurblio lygis yra arti slenksčio, nustatyti vieno tipo virpesius yra gana lengva. Padidėjus sužadinimo lygiui, jei nesiimama specialių priemonių, atsiranda daugybė kitų režimų. Šiuo atveju generavimas vyksta dažniais, artimais rezonatoriaus rezonansiniams dažniams, kurie yra atominės linijos plotyje. Esant ašiniams virpesių tipams (TEM 00 režimas), dažnio atstumas tarp gretimų maksimumų
, kur L yra rezonatoriaus ilgis. Dėl to, kad vienu metu yra keli režimai, emisijos spektre atsiranda ritmų ir nehomogeniškumo. Jei egzistuotų tik ašiniai režimai, tai spektras būtų atskiros linijos, kurių atstumas būtų lygus c / 2L. Tačiau taip pat galima sužadinti neašinius svyravimų tipus rezonatoriuje, pavyzdžiui, TEM 10 režimus, kurių buvimas labai priklauso nuo veidrodžių derinimo. Todėl emisijos spektre atsiranda papildomų palydovų linijų, išsidėsčiusių simetriškai pagal dažnį abiejose ašinių tipų virpesių pusėse. Naujų tipų svyravimų atsiradimas, padidėjus siurblio lygiui, lengvai nustatomas vizualiai stebint spinduliuotės lauko struktūrą. Taip pat galima vizualiai stebėti rezonatoriaus derinimo įtaką koherentinės spinduliuotės režimų struktūrai.

Dujos yra homogeniškesnės nei kondensuotos terpės. Todėl šviesos spindulys dujose yra mažiau iškraipomas ir išsklaidytas, o helio-neoninio lazerio spinduliuotė pasižymi geru dažnio stabilumu ir dideliu kryptingumu, kuris savo ribą pasiekia dėl difrakcijos reiškinių. Konfokalinio rezonatoriaus divergencijos difrakcijos riba

,

čia λ yra bangos ilgis; d 0 yra šviesos pluošto skersmuo siauriausioje jo dalyje.

Helio-neoninio lazerio spinduliuotė pasižymi dideliu monochromatiškumu ir darnumu. Tokio lazerio spinduliuotės linijų plotis yra daug siauresnis nei „natūralus“ spektrinės linijos plotis ir daugeliu dydžių mažesnis už šiuolaikinių spektrometrų ribinį raiškos laipsnį. Todėl, norint jį nustatyti, matuojamas įvairių spinduliuotės režimų dūžių spektras. Be to, šio lazerio spinduliuotė yra plokštuminė poliarizuota, nes naudojami langai, esantys Brewster kampu į rezonatoriaus optinę ašį.

Spinduliuotės koherentiškumo įrodymas gali būti difrakcijos modelio stebėjimas spinduliuojant iš skirtingų šaltinio taškų. Pavyzdžiui, darną galima įvertinti stebint kelių lizdų sistemos trukdžius. Iš Youngo patirties žinoma, kad norint stebėti įprasto „klasikinio“ šaltinio šviesos trukdžius, spinduliuotė pirmiausia praleidžiama per vieną plyšį, o po to per du plyšius, o tada ekrane susidaro trukdžių pakraščiai. Naudojant lazerio spinduliuotę, pirmasis plyšys pasirodo nereikalingas. Ši aplinkybė yra esminė. Be to, atstumas tarp dviejų plyšių ir jų plotis gali būti nepalyginamai didesnis nei atliekant klasikinius eksperimentus. Dujinio lazerio išėjimo lange yra du plyšiai, atstumas tarp kurių yra 2 a. Tuo atveju, kai krintanti spinduliuotė yra koherentiška, ekrane, esančiame per atstumą d iš plyšių bus stebimas trukdžių modelis. Šiuo atveju atstumas tarp juostų maksimumų (minimalių).

.

Helio neoninio lazerio prietaisas

Helio-neono lazerio darbo terpė yra helio ir neono mišinys santykiu 5:1, esantis stiklinėje kolboje esant žemam slėgiui (dažniausiai apie 300 Pa). Siurblio energija tiekiama iš dviejų elektros iškroviklių, kurių įtampa yra apie 1000÷5000 voltų (priklausomai nuo vamzdžio ilgio), esančių kolbos galuose. Tokio lazerio rezonatorius dažniausiai susideda iš dviejų veidrodžių – visiškai nepermatomų vienoje lemputės pusėje ir antroje, per save praleidžiančių apie 1% krentančios spinduliuotės įrenginio išėjimo pusėje.

Helio-neoniniai lazeriai yra kompaktiški, jų tipinis rezonatoriaus dydis yra nuo 15 cm iki 2 m, o jų išėjimo galia svyruoja nuo 1 iki 100 mW.

Veikimo principas

Helio-neono lazeris. Šviesos spindulys centre yra elektros išlydis.

taip pat žr

Wikimedia fondas. 2010 m.

Pažiūrėkite, kas yra „Helio-neoninis lazeris“ kituose žodynuose:

helio neoninis lazeris- helio neono lazeris statusas T sritis radioelektronikos atitikmenys: angl. helio neoninis lazeris vok. Helio neoninis lazeris, m rus. helio neoninis lazeris, m pranc. lazeris à mélange d hélium et néon, m; lazerinis helio neonas, m… Radioelektronikos terminalų žodynas

Branduoliniu būdu pumpuojamas lazeris – lazerinis įrenginys, kurio aktyvioji terpė sužadinama branduoline spinduliuote (gama kvantais, branduolinėmis dalelėmis, branduolinių reakcijų produktais). Tokio prietaiso spinduliuotės bangos ilgis gali būti iš ... ... Vikipedijos

Šis terminas turi kitas reikšmes, žr. Lazeris (reikšmės). Lazeris (NASA laboratorija) ... Vikipedija

Kvantinis generatorius, galingos optinės spinduliuotės šaltinis (lazeris yra išraiškos šviesos stiprinimas stimuliuojama spinduliuote santrumpa). Lazerio veikimo principas yra toks pat kaip ir anksčiau sukurto ... ... Collier enciklopedija

Elektromagnetinės spinduliuotės šaltinis matomajame, infraraudonajame ir ultravioletiniame diapazone, pagrįstas stimuliuojama atomų ir molekulių emisija (žr. Žodis „lazeris“ sudarytas iš pradinių žodžių ... ...

Lazeris su dujine aktyvia terpe. Vamzdis su aktyviosiomis dujomis dedamas į optinį rezonatorių, kuris paprasčiausiu atveju susideda iš dviejų lygiagrečių veidrodžių. Vienas iš jų yra permatomas. Išmeta kažkurioje vamzdžio vietoje... Didžioji sovietinė enciklopedija

Optinis kvantas. generatorius su dujine aktyvia terpe. Dujos, kromomis energijos sąskaita išv. šaltinis (siurblys), sukuriama būsena su dviejų energijos lygių (viršutinio ir apatinio lazerio lygio) populiacijos inversija, dedama į optinį ... ... Fizinė enciklopedija

Lazeris (NASA laboratorija) Lazeris (angl. laser, trumpinys Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation "Light amplification by stimulated emission") prietaisas, kuris naudoja kvantinį mechaninį stimuliuojamo (stimuliuojamo) ... Wikipedia