LASER
(LIGHT AMPLIFICATION by the STIMULATED EMISION of RADIATION)
PODSTAWY FIZYCZNE DZIAŁANIA LASERÓW:
W atomach i cząsteczkach istnieje bardzo wiele poziomów energetycznych i nieskończenie wiele przejść między nimi.
Przejście z wyższego poziomu energetycznego (En) do niższego (En-1) wiąże się z utratą energii przez układ równą En- En-1. Porcja tej energii wydziela się na zewnątrz jako kwant promieniowania
hυ = h c/λ = En- En-1.
Długość fali (λ ) jaka może zostać wygenerowana w wyniku tego przejścia energetycznego równa się:
λ= h c /En- En-1
Długość fali (λ ) promieniowania z układu atomowego zależy tylko od różnicy energii między poziomami En- En-1 ( h c=const)
Jeżeli poziomy m-dzy którymi zachodzi przejście energetycznego są znacznie od siebie oddalone (duża różnica energii) to zostanie wygenerowana krótka fala, gdy są bliżej siebie to generowana fala będzie dłuższa.
Wzbudzony atom lub molekuła w sposób naturalny i szybki dąży do powrotu do „normalności” (stanu podstawowego), co odbywa się na drodze emisji spontanicznej.
Emitowane w wyniku emisji spontanicznej światło jest sumą bardzo wielu fotonów pochodzących z różnych przejść energetycznych i mających różne długości fal (we wszystkich możliwych kierunkach generowana jest wiązka fotonów o różnych energiach i różnych długościach fal - czyli światło białe.
Warunki atomowe w których możliwe są tylko czyste przejścia m-dzy dwoma wybranymi poziomami daje efekt w postaci jednej barwy promieniowania (światło monochromatyczne)
Oświetlenie wzbudzonego układu fotonami o energii odpowiadającej pożądanemu przejściu energetycznemu np. E2-E1 powoduje uprzywilejowanie emisji fotonów o tej właśnie energii i odpowiedniej długości fali.
Akcja laserowa
Akcja laserowa wymaga wzbudzenia ośrodka laserującego i uzyskania inwersji osadzeń ( liczba atomów lub molekuł w ośrodku będących na którymś z wyższych poziomów energetycznych jest większa od liczby atomów na niższym poziomie energetycznym)
Inwersję obsadzeń uzyskuje się przez pompowaniu ośrodka.
Ważną rolę w procesie uzyskiwania akcji laserowej odgrywają poziomy krótkożyjące ( niestabilne) i trwałe ( długożyjące, metastabilne)
Najczęściej wykorzystywane są 3-4 poziomy energetyczne, ich pompowanie odbywa się najczęściej przez energię elektryczną lub świetlną.
Pompowanie polega na przeniesieniu atomów z poziomu podstawowego (E1) na najwyższy poziom energetyczny(E3), krótkożyjący.
Po takim wzbudzeniu elektrony w atomach szybko spadają do metastabilnego poziomu energetycznego (E2).
Dzięki długiemu czasowi życia liczba atomów na tym poziomie energetycznego (E2) stale rośnie.
Gdy stanie się większa od liczby atomów stanie podstawowym następuje między tymi atomami generacja dużej liczby fotonów w postaci monochromatycznej (jednobarwnej) wiązki promieniowania ( λ=h c /E2- E1)
Kwanty wymuszające o energii E2-E1 powstają spontanicznie i są wystarczające do wyzwolenia lawinowych przejść wymuszonych ze stanu E2 do E1 dając w efekcie dużą liczbę przejść nowych kwantów o tej samej energii.
eneria wzbudzenia
ΔE= E3-E1
Poziom niestabilny
E3
Poziom metastabilny
E2
Poziom podstawowy E1
przejście bezpromieniste
ukierunkowane
prom. laserowe
monoenergetyczne
(E2-E1)
Wyszukiwarka