लेजर कार्य को सिद्धान्त: लेजर विकिरण को सुविधाहरू

1917 मा सिद्धान्त मा प्लैंक गरेको विकिरण व्यवस्था को भौतिक आधारित छ जो लेजर, को कार्य को पहिलो सिद्धान्त आइनस्टाइनका जायज थियो। उहाँले अवशोषण, स्वभाविक वर्णन र सम्भावना गुणांकहरूको (आइंस्टीन गुणांकहरूको) को प्रयोग गरेर विद्युत विकिरण उत्साहित।

ट्रेलब्लेजर्स

Teodor Meyman कार्य को सिद्धान्त देखाउन पहिलो थियो एक माणिक लेजर को, ओप्टिकल पम्पिंग एक फ्लैश दीपक कृत्रिम माणिक प्रयोग आधारित 694 एनएम को एक तरङलम्बाइ संग सुसंगत विकिरण उत्पन्न गर्छ।

1960 मा, इरानी वैज्ञानिकहरू Javan र बेनेट 1:10 को एक अनुपात मा उहाँले र Ne ग्याँसहरु को मिश्रण प्रयोग गरेर पहिलो ग्याँस पराबैंगनीकिरण सिर्जना गरियो।

1962 मा, आर एन हल पहिलो बनाउँछ डायोड लेजर 850 एनएम को एक तरङलम्बाइ मा उत्सर्जन, गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) को गरे। पछि त्यही वर्ष, निक Golonyak देखिने प्रकाश को पहिलो अर्धचालक क्वांटम बिजुली विकास गरे।

उपकरण र पराबैंगनीकिरण को सिद्धान्त

प्रत्येक लेजर सिस्टम सक्रिय मध्यम optically एक जो पारदर्शी छ समानान्तर र अत्यधिक प्रतिबिम्बित दर्पण को एक जोडी बीच राखिएको, र यो पम्पिंग लागि शक्ति स्रोत समावेश छ। को लाभ मध्यम एक ठोस, तरल वा ग्याँस, ज्योति लहर विद्युत वा अप्टिकल पम्पिंग विकिरण यसलाई माध्यम पारित आंतरिक को आयाम विस्तार गर्ने क्षमता जो रूपमा कार्य गर्न सक्छन्। तिनीहरूलाई प्रत्येक समय प्रतिबिम्बित ज्योति, यसलाई माध्यम बित्दै र एक महत्वपूर्ण वृद्धि पुग्यो भएको भनेर आधा ऐना penetrates पदार्थ दर्पण को एक जोडी बीच राखिएको छ।

द्वैध वातावरण

ई उत्साहित ई ₂ र आधार _1: सक्रिय मध्यम जसको अणुहरु मात्र दुई ऊर्जा स्तर छ संग लेजर कार्य को सिद्धान्त विचार _{गर्नुहोस्।} कुनै पनि पम्पिंग संयन्त्र (अप्टिकल, बिजुली छुट्टी वर्तमान वा transmittance इलेक्ट्रन bombardment) को माध्यम ले अणुहरु राज्य ई ₂ उत्साहित हुनुहुन्छ _भने, केही nanoseconds तिनीहरूले आधारभूत स्थिति, ऊर्जा फोटोन radiating फर्कन hν = ई ₂ - ई _1। आइनस्टाइनका सिद्धान्त अनुसार, उत्सर्जन दुई फरक तरिकामा उत्पादन: या त यो एक फोटोन द्वारा गराइएको छ, वा यसलाई spontaneously हुन्छ। पूर्व मामला मा, उत्साहित उत्सर्जन हुन्छ र दोस्रो - स्वभाविक। मा थर्मल संतुलन, उत्साहित उत्सर्जन को सम्भावना सबैभन्दा पारंपरिक incoherent प्रकाश स्रोतहरु, र lasing थर्मल संतुलन भन्दा अन्य अवस्थामा सम्भव छ त ^कि, स्वभाविक (1:10 ³³⁾ भन्दा धेरै कम छ।

पनि एक धेरै मजबूत पम्पिंग जनसंख्या-स्तर प्रणाली मात्र बराबर गर्न सकिन्छ। तसर्थ, जनसंख्या उल्टाउने वा अन्य अप्टिकल पम्पिंग विधि हासिल गर्न three- वा चार-स्तर प्रणाली आवश्यक छ।

बहु-स्तर प्रणाली

तीन-स्तर लेजर को सिद्धान्त के हो? ν ₀₂ आवृत्ति को तीव्र प्रकाश को irradiation देखि सबै भन्दा कम ऊर्जा स्तर ई ₀ र माथिल्लो को ई ₂ अणुहरु को एक ठूलो संख्या अप पम्प। संग अणुहरु ई ₂ Radiationless संक्रमण ई ₁ जनसंख्या भएको अणुहरु एक metastable राज्य ई ₁ मा लामो समय हुँदा व्यवहार मा मात्र सम्भव छ, _जो, ई ₁ र ई ₀ बीच उल्टाउने _{र 2} तेजी हुन्छ ई ई ₁ देखि संक्रमण स्थापित गरिएको छ। ई ₀ र ई _{1 बीच,} जनसंख्या उल्टाउने हासिल छ र ₁ -E ₀ उत्साहित उत्सर्जन परिलक्षित छ फोटोन ऊर्जा ई भनेर तीन-स्तर लेजर को सञ्चालन सिद्धान्त, यी अवस्था छ। व्यापक स्तर ई ₂ उत्साहित उत्सर्जन को वृद्धि परिणामस्वरूप, अधिक कुशलतापूर्वक पंप गर्न अवशोषण तरङलम्बाइ दायरा वृद्धि गर्न सक्छ।

तीन-स्तर सिस्टम तल्लो स्तर देखि एक धेरै उच्च पम्पिंग शक्ति आवश्यक छ, यो पुस्ता संलग्न छन्, यो एक आधार हो। यस मामला मा, जनसंख्या उल्टाउने गर्न राज्य ई ₁ देखापर्यो अणुहरु को कुल संख्या आधा भन्दा बढी पम्प्ड गर्न। यस मामला मा, ऊर्जा बर्बाद छ। तल्लो lasing स्तर जो कम्तीमा चार-स्तर प्रणाली आवश्यक आधार, छैन भने पंप शक्ति निकै कम गर्न सकिन्छ।

सक्रिय पदार्थ को प्रकृति मा निर्भर गर्दछ, यस पराबैंगनीकिरण तीन आधारभूत विभाग, अर्थात् ठोस, तरल र ग्यास मा वर्गीकृत छन्। 1958 देखि, पहिलो पुस्ता एक माणिक क्रिस्टल अवलोकन थियो, वैज्ञानिकहरू र अनुसन्धानकर्ताहरूले प्रत्येक श्रेणी मा सामाग्री को एक विस्तृत श्रृंखला अध्ययन गरेका छन्।

ठोस-राज्य लेजर

सञ्चालन एक क्रिस्टल जाली संक्रमण धातु इन्सुलेट थपेर गठन गरिएको छ जो एक सक्रिय मध्यम प्रयोग आधारित छ (त्यसैले तिवारी ^+3, सीआर ^+3, वी ^+2, सह ^{+2, नी, +2,} फे ^{+2 र।} डी) दुर्लभ पृथ्वी आयनों (सा.यु. ^+3, पीआर ^+3, एन डी ^+3, Pm ^+3, sm ^+2, यूरोपीय संघ ^{+ 2, + 3,} टीबी ^+3, उप ^+3, Ho ^+3, एर ^+3, Yb ⁺³ , एट अल।), र यस्तो यू ⁺³ रूपमा ^actinides। ऊर्जा स्तर मात्र पुस्तालाई जिम्मेवार को आयनों। यस्तो थर्मल चालकता र रूपमा आधार सामाग्री को शारीरिक गुण, थर्मल विस्तार लेजर को कुशल सञ्चालन गर्न महत्त्वपूर्ण छन्। एक doped आयन वरिपरि अणुहरु को स्थान जाली यसको ऊर्जा स्तर परिवर्तन। सक्रिय मध्यम मा लहर पुस्ता विभिन्न लम्बाईहरू नै आयन विभिन्न सामाग्री डोपिंग द्वारा हासिल छन्।

होल्मियम लेजर

एक ठोस-राज्य लेजर एउटा उदाहरण wherein होल्मियम एटम क्रिस्टल जाली को आधार सामाग्री प्रतिस्थापन एक क्वांटम बिजुली छ। Ho: YAG सबै भन्दा राम्रो lasing सामाग्री को छ। को होल्मियम लेजर को सञ्चालन सिद्धान्त होल्मियम आयनों, optically फ्लैश दीपक द्वारा पम्प्ड र इन्फ्रारेड दायरामा 2097 एनएम को एक तरङलम्बाइ साथै Tissues द्वारा अवशोषित हुन्छ मा emits संग doped कि यट्रियम एल्यूमीनियम गारनेट छ। क्यान्सर कक्षहरू, मृगौला र gallstones भाप मा बदल गर्न जोइन्टहरूमा, दन्त उपचार, मा सञ्चालनका लागि यो लेजर प्रयोग गर्नुहोस्।

एक अर्धचालक क्वांटम बिजुली

क्वान्टम राम्रो पराबैंगनीकिरण सस्ती, ठूलो उत्पादन अनुमति हो र सजिलै मापनयोग्य छन्। को सञ्चालन सिद्धान्त अर्धचालक लेजर एक निश्चित तरङलम्बाइ को ज्योति वाहक को recombination द्वारा एल ई डी जस्तै सकारात्मक पूर्वाग्रह मा उत्पादन जो PN-डायोड जंक्शन, को प्रयोगमा आधारित। नेतृत्व spontaneously र लेजर डायोड फेंकना - बलपूर्वक। अवस्था जनसंख्या उल्टाउने पूरा गर्न, सञ्चालन वर्तमान एक सीमा भन्दा बढी पर्छ। एक अर्धचालक डायोड मा सक्रिय मध्यम दुई-आयामी तहहरू को जडान क्षेत्र एक दृश्य छ।

लेजर यस प्रकारको सञ्चालनको सिद्धान्त कुनै बाह्य दर्पण आवश्यक छ oscillations कायम गर्न छ। यो चिन्तनशील क्षमता, कारण सिर्जना भएको अपवर्तनी सुचिमा तहहरू र सक्रिय मध्यम आन्तरिक प्रतिबिम्ब, यो उद्देश्य लागि पर्याप्त छ। अन्त सतहहरु समानान्तर प्रतिबिम्बित सतहहरु प्रदान गर्दछ डायोड cleave।

heterojunction - दुई फरक जडान गरेर स्थापित जस्तै प्रकार को अर्धचालक सामाग्री द्वारा गठन गर्ने मिश्रित, एक homojunction भनिन्छ।

पी र N प्रकार वाहक को एक उच्च घनत्व संग को अर्धचालक एक एक धेरै पातलो (≈1 मिमी) समाप्त पत्र संग पी-N-जंक्शन गठन।

ग्याँस लेजर

संचालन र लेजर यस प्रकारको प्रयोग को सिद्धान्त यो सम्भव वस्तुतः कुनै पनि क्षमता उपकरणहरू र तरंग दैर्ध्य (मेगावाट गर्न milliwatts देखि) (पराबैंगनी देखि इन्फ्रारेड गर्न) सिर्जना गर्न र स्पंदित र लगातार मोड मा सञ्चालन गर्न सक्छन् बनाउँछ। सक्रिय मिडिया को प्रकृति आधारित त्यहाँ ग्याँस पराबैंगनीकिरण, अर्थात्, परमाणु ईओण र आणविक तीन प्रकारका छन्।

सबैभन्दा ग्याँस पराबैंगनीकिरण बिजुली छुट्टी द्वारा पम्प्ड। को छुट्टी ट्यूब मा इलेक्ट्रनों इलेक्ट्रोड बीच बिजुली क्षेत्र द्वारा त्वरित छन्। तिनीहरूले अणुहरु, आयनों वा सक्रिय मध्यम को अणु संग ठोक्किनु र जनसंख्या उल्टाउने र उत्साहित उत्सर्जन को एक राज्य हासिल गर्न उच्च ऊर्जा स्तर संक्रमण induce।

आणविक लेजर

लेजर कार्य को सिद्धान्त परमाणु र आयन पराबैंगनीकिरण मा पृथक परमाणु र आयनों विपरीत अणु असतत ऊर्जा स्तर को व्यापक ऊर्जा बैंड अधिकार, भन्ने तथ्यलाई आधारित छ। केही rotational - साथै, प्रत्येक इलेक्ट्रन ऊर्जा स्तर vibrational स्तर को एक ठूलो संख्या, र बारी मा ती छ।

टाढाको र नजिकै इन्फ्रारेड क्षेत्रहरु मा - बीच इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्तर ऊर्जा vibrational-rotational स्तर बीच गर्दा, स्पेक्ट्रम को यूवी र देखिने क्षेत्रहरु छ। तसर्थ, आणविक पराबैंगनीकिरण को सबै भन्दा टाढा वा नजिक-इन्फ्रारेड क्षेत्रहरु मा काम।

excimer पराबैंगनीकिरण

Excimers विभाजित छन् जो स्थिर जमीन राज्य र पहिलो स्तर, ArF, KrF, XeCl जस्ता अणु छन्। अर्को लेजर को संचालन को सिद्धान्त। सामान्यतया, अणु को जमीन अवस्थामा संख्या सानो छ, त्यसैले जमीन राज्य बाट प्रत्यक्ष पम्पिंग सम्भव छैन। अणु अक्रिय ग्याँसहरु संग एक उच्च ऊर्जा halides भइरहेको एक मिश्रित द्वारा पहिलो उत्साहित इलेक्ट्रोनिक अवस्थामा गठन। जनसंख्याको उल्टाउने देखि आधारभूत तहमा अणु को नम्बर उत्साहित संग तुलना पनि कम छ सजिलै हासिल गरिएको छ। लेजर कार्य को सिद्धान्त, छोटो, एक जमीन राज्य dissociative एक बाध्य उत्साहित इलेक्ट्रोनिक राज्य देखि संक्रमण छ। जमीन राज्य को जनसंख्या यस बिन्दु मा अणु अणुहरु मा अलग किनभने, एक कम स्तरमा सधैं छ।

यो उपकरण र पराबैंगनीकिरण सिद्धान्तलाई छुट्टी ट्यूब halide को एक मिश्रण (फा ₂₎ र दुर्लभ ग्याँस (Ar) भरिएको छ कि हुन्छन्। यसलाई मा इलेक्ट्रॉनों अलग र halide अणु ionize र नकारात्मक आयनों सिर्जना गर्नुहोस्। सकारात्मक आयनों Ar ⁺ र नकारात्मक फा ^- प्रतिक्रिया र सुसंगत विकिरण को आधार राज्य repelling र पुस्ता गर्न पछि संक्रमण सम्बन्धित पहिलो उत्साहित अवस्थामा ArF अणु उत्पादन। Excimer लेजर, कार्य को सिद्धान्त र अब हामी विचार गर्दै छन् जो को प्रयोग, को रंग को सक्रिय मध्यम को पम्पिंग लागि प्रयोग गर्न सकिएन।

तरल लेजर

ठोस तुलनामा तरल थप homogeneous र ग्याँसहरु तुलनामा सक्रिय अणुहरु को एक उच्च घनत्व छ। यो बाहेक, तिनीहरूले, उत्पादन सजिलो गर्मी अपव्यय अनुमति छैन कठिन र गर्न सक्छन् सजिलै प्रतिस्थापन। लेजर को कार्य सिद्धान्त जस्तै डीसीएम रूपमा जैविक रंग को एक लाभ मध्यम, रूपमा प्रयोग गरिएको छ (4-dicyanomethylene-2-मिथाइल-6-p- dimethylaminostyryl-4H-पाइरन), rhodamine, styryl, LDS, coumarin, stilbene र जस्तै। डी ।, उपयुक्त विलायक मा भंग। को रंग अणु एक समाधान विकिरण जसको तरङलम्बाइ राम्रो अवशोषण गुणक छ द्वारा उत्साहित छ। लेजर कार्य को सिद्धान्त, छोटो, एक लामो तरङलम्बाइ, प्रतिदीप्ति भनिन्छ मा उत्पन्न गर्न छ। ऊर्जा भिन्नता अवशोषित र उत्सर्जित फोटोन nonradiative ऊर्जा संक्रमण प्रयोग र सिस्टम heats।

तरङलम्बाइ मिलाउने - फराकिलो ब्यान्ड प्रतिदीप्ति तरल पराबैंगनीकिरण एक अद्वितीय सुविधा छ। संचालन र एक tunable लेजर र सुसंगत प्रकाश स्रोत यस प्रकार को प्रयोग को सिद्धान्त, झन् स्पेक्ट्रोस्कोपी, holography महत्त्वपूर्ण र जैव चिकित्सा आवेदन मा बन्दैछ।

हालै, पराबैंगनीकिरण आइसोटप अलग लागि डाई प्रयोग भएको छ। यस मामला मा, लेजर छानेर तिनीहरूलाई को एक, एक रासायनिक प्रतिक्रिया सुरु उत्साह उतेजित गर्नु।