Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

7.6: Типи лазерів

Існує безліч типів лазерів: газові, тверді, рідкі, напівпровідникові, хімічні, ексимерні, електронно-променеві, вільні електрони, волоконні і навіть хвилеводні лазери. Класифікуємо їх за насосним механізмом.

7.6.1 Оптична накачування

Енергію для перекладу атомаA з основного стану в збуджений стан забезпечує світло. Джерелом може бути інший лазер або некогерентний джерело світла, наприклад, розрядна лампа. Якщо атомA знаходиться в основному стані іA є збудженим атомом, ми маємо,ω02+AA

деω02 частота переходу,02 як показано на малюнку7.6.7. Рубіновий лазер, з якого складається підсилювальне середовищеAl2O3 з0.05 ваговим відсоткомCr2O3, був першим лазером, винайденим в 1960 році. Він випромінює імпульси світла довжини хвилі694.3 nm і оптично накачується газорозрядною лампою. Інші оптично накачані лазери - це лазери YAG, скла, волокна, напівпровідника та барвника. У лазері барвника підсилювачем є рідина (наприклад, Rhodamine6G). Він оптично накачується аргоновим лазером і має величезну ширину посилення, яка охоплює майже повний видимий діапазон довжин хвиль. Ми можемо вибрати певну довжину хвилі, вставивши дисперсійний елемент, такий як порожнину Фабри-Перо всередині лазерної порожнини, і обертаючи його під прямим кутом, щоб вибрати потрібну довжину хвилі, як пояснено вище.

7.6.2 Насос для зіткнення електронів

Енергетичні електрони використовуються для зіткнення з атомами підсилювача, тим самим передаючи частину своєї енергії:A+e(E1)A+e(E2),

деe(E1) означає електрон з енергією,E1 а деE1E2 дорівнюєω02 так, що атом переноситься. від землі держави до держави 2 для отримання інверсії населення. Прикладами є лазери HenE, Аргон, Криптон, Ксенон, Азот і Мідь. Електрони можуть створюватися розрядом або електронним пучком.

7.6.3 Атомне зіткнення

BmДозволяти бути атомомB в збудженому, так званому метастабільному стані. Це означаєBm, що, хоча і нестабільний, має дуже тривалий час релаксації, тобто довше, ніж1 ms або близько того. ПриBm зіткненні з атомомA він передає енергіюA.

Bm+AB+A,

Aзбуджений стан, що використовується для стимульованого випромінювання. Якщоτm1 час релаксації метастабільного стануBm, тоτm1 дуже великий і, отже, швидкість спонтанного викиду дуже мала. Це означає, що кількість метастабільних атомів як функція часуt задається повільно розкладається експоненціальною функцієюexp(t/τm1). Як можна отримати метастабільні атоми? Можна, наприклад, перекачувати атом B з його основного стану 1 до збудженого стану 3 вище стануm, таким чином, що швидкість спонтанного викиду3m велика. Накачування може здійснюватися електрично або будь-яким іншим способом. Якщо це робиться електрично, то у нас єB+e(E2)Bm+e(E1),

Прикладами цих типів лазера є He-Ne, який випромінює червоним в632 nm, N2 -CO2 і He-Cd. Все це залежить від зіткнень атома або молекул, де атом або молекула, які згадуються першою в назві, приводиться в метастабільний стан, а лазерування відбувається на довжині хвилі, що відповідає різниці рівнів другого згаданого атома або молекули. У найпростішому випадку метастабільні стани створюються електронами, що генеруються розрядом. CO2Лазер випромінює10μm і може досягти величезної потужності.

7.6.4 Хімічний насос

У деяких хімічних реакціях молекула створюється в збудженому стані з інверсією населення. Прикладом є:A+B2(AB)+B

Отже, у цьому випадку лазерування відбудеться для перенесення між станами молекулиAB. Лазери HF, DF, Ar-F, Cr-F, Xe-F і Xe-Cl хімічно накачуються.

7.6.5 Напівпровідниковий лазер

У цьому випадку накачування здійснюється за допомогою інжекції електронного струму. Це один з найбільш компактних лазерів, і все ж він зазвичай випромінює20 mW потужність. Переходи відбуваються між провідністю і валентною смугами, близькими доpn стику. Електрони з зони провідностіn -шару будуть рекомбінуватися з дірками вp -шарі. Порожнина отримують шляхом полірування торців, які перпендикулярні стику, щоб зробити їх високо відображають. Напівпровідникові лазери виробляються для довжин хвиль від700 nm до30μm і дають безперервний (CW) вихід.

7.6.1.jpg
Малюнок7.6.1: Оптична накачування.
7.6.2.jpg
Малюнок7.6.2: HeNe лазер із сферичними зовнішніми дзеркалами, розрядна трубка з гранями під кутом Брюстера для мінімізації відбиття та анодом та катодом для накачування розряду (від Wikimedia Commons drBob/cc BY-SA 3.0).
7.6.3.jpg
Малюнок7.6.3: Накачування атомівA до стану 2 шляхом зіткнення з метастабільними атомамиBm
7.6.4.jpg
Малюнок7.6.4: Напівпровідниковий лазер зpn активним переходом, полірованими торцями і подачею струму для накачування.
  • Was this article helpful?