లేజర్ చర్య యొక్క సూత్రం: లేజర్ వికిరణం యొక్క లక్షణాలు

1917 లో ప్లాంక్ యొక్క వికిరణ చట్టం యొక్క భౌతిక ఆధారంగా లేజర్ సిద్ధాంతం లో, చర్య యొక్క మొదటి సూత్రం, ఐన్స్టీన్ చెప్పబడేది. అతను తక్షణమే, శోషణ వివరించిన మరియు సంభావ్యతను కోఎఫీషియంట్స్ (ఐన్స్టీన్ కోఎఫీషియంట్స్) ఉపయోగించి విద్యుదయస్కాంత వికిరణం ఉద్దీపన.

ట్రైల్ బ్లేజర్లు

Teodor Meyman చర్య యొక్క సూత్రం ప్రదర్శించేందుకు మొదటిది ఒక రూబి లేజర్ యొక్క, ఒక ఫ్లాష్ దీపం సింథటిక్ రూబీ ఉపయోగించి ఆప్టికల్ పంపింగ్ ఆధారంగా, 694 nm తరంగ దైర్ఘ్యం తో పొందికైన వికిరణం ఉత్పత్తి.

1960 లో, ఇరాన్ శాస్త్రవేత్తలు జావా మరియు బెన్నెట్ 1:10 ఒక నిష్పత్తిలో అతను మరియు నే వాయువుల మిశ్రమాలకు ఉపయోగించి మొదటి వాయు లేజర్లు రూపొందించినవారు.

1962 లో, R. N. హాల్ మొదటి చేస్తుంది డయోడ్ లేజర్ 850 nm తరంగ దైర్ఘ్యం వద్ద ఉద్గార, గాలియం ఆర్సెనైడ్ (GaAs) తయారు. తరువాత అదే సంవత్సరంలో, నిక్ Golonyak కనిపించే కాంతి మొదటి సెమీకండక్టర్ క్వాంటమ్ జెనరేటర్ అభివృద్ధి.

పరికరం మరియు లేజర్స్ సూత్రం

ప్రతి లేజర్ వ్యవస్థ చురుకైన మీడియం కంటిచూపును అపారదర్శక అందులో ఒకటి సమాంతర మరియు అత్యంత ప్రతిబింబిస్తుంది అద్దాలు ఒక జత, మధ్య ఉంచుతారు, మరియు అది పంపింగ్ కోసం ఒక విద్యుత్ వనరు కలిగి. పెరుగుట మీడియం కాంతి తరంగ విద్యుత్ లేదా ఆప్టికల్ పంపింగ్ రేడియేషన్ తో అంతర్గతంగా గుండా వ్యాప్తి విస్తృతపరిచే సామర్థ్యం కలిగిన ఒక ఘన, ద్రవ లేదా వాయు, వ్యవహరించడానికి చేయవచ్చు. వాటిని ప్రతిబింబించే ప్రతిసారీ కాంతి, గణనీయమైన పెరుగుదలను చేరుకోవడం, దాని గుండా వెళుతుంది మరియు సగం అద్దంలో చొచ్చుకొచ్చే తద్వారా పదార్ధం అద్దాలు ఒక జత మధ్య ఉంచుతారు.

ద్వంద్వ వాతావరణంలో

E సంతోషిస్తున్నాము E ₂ మరియు బేస్ _1: దీని అణువులు మాత్రమే రెండు శక్తి స్థాయిలు కలిగి చురుకైన మాధ్యమానికి లేజర్ చర్య యొక్క సూత్రం _{పరిగణించండి.} ఏ పంపింగ్ మెకానిజం (ఆప్టికల్, విద్యుత్ ఉత్సర్గ ప్రస్తుత లేదా ప్రసరణ ఎలక్ట్రాన్ ముట్టడిని) ద్వారా అణువులు రాష్ట్ర E ₂ సంతోషిస్తున్నాము _{ఉంటే,} కొన్ని నానోసెకన్స్ వారు ప్రాథమిక స్థానానికి, శక్తి ఫోటాన్లు వ్యాపించి ఉన్నా తిరిగి hν = E ₂ - E _1. ఐన్స్టీన్ యొక్క సిద్ధాంతం ప్రకారం, ఉద్గార రెండు రకాలుగా తయారు చేస్తారు: దాన్ని ఒక ఫోటాన్ ప్రేరిత, లేదా అది సహజంగా ఏర్పడుతుంది. మాజీ సందర్భంలో, ఉద్దీపన ఉద్గార సంభవిస్తుంది మరియు రెండవ - యాదృచ్ఛిక. వద్ద థర్మల్ సమతౌల్య, ఉద్దీపన ఉద్గార సంభావ్యత చాలా సంప్రదాయ పొందిక కాంతి మూలాల, మరియు లేజింగ్ ధార్మిక సమతుల్యత కంటే ఇతర పరిస్థితుల్లో అవకాశం ఉంది ^{కనుక,} యాదృచ్ఛిక (1:10 ³³⁾ కంటే తక్కువగా ఉంటుంది.

చాలా బలమైన పంపింగ్ జనాభా-స్థాయి వ్యవస్థలను కూడా మాత్రమే సమానంగా తయారు చేయవచ్చు. అందువలన, జనాభా విలోమ లేదా ఇతర ఆప్టికల్ పంపింగ్ పద్ధతి సాధించడానికి మూడు లేదా నాలుగు స్థాయి వ్యవస్థ అవసరం.

బహుళస్థాయి వ్యవస్థ

మూడు స్థాయి లేజర్ సూత్రం ఏమిటి? ν ₀₂ ఫ్రీక్వెన్సీ యొక్క తీవ్రమైన కాంతి వికిరణం అత్యల్ప శక్తి స్థాయి E ₀ మరియు ఆఫ్ అప్పర్ E ₂ నుండి అణువుల పెద్ద సంఖ్యలో పంపులు. E ₁ అణువుల E ₂ Radiationless పరివర్తన E ₁ మరియు E ₀ మధ్య జనాభా _{విలోమ,} అణువులు metastable రాష్ట్ర E ₁ లో ఒక కాలం ఉన్నప్పుడు ఆచరణలో మాత్రమే _{సాధ్యమవుతుంది,} మరియు ₂ వేగవంతంగా జరిగినప్పుడు E లకు E ₁ నుండి మార్పు స్థాపిస్తుంది. E ₀ మరియు E _{1 మధ్య,} జనాభాలోని విలోమ సాధించింది మరియు ₁ -E ₀ ఉద్దీపన ఉద్గార విస్తరిస్తారు ఫొటాన్ శక్తి E తద్వారా మూడు స్థాయి లేజర్ ఆపరేటింగ్ సూత్రం, ఈ పరిస్థితుల్లో ఉంది. విస్తృత స్థాయి E ₂ ఉద్దీపన ఉద్గార పెరుగుదల ఫలితంగా, మరింత సమర్ధవంతంగా పంపు శోషణ తరంగదైర్ఘ్యం పరిధి పెంచుతుంది.

మూడు స్థాయి వ్యవస్థ తక్కువ స్థాయి నుండి చాలా అధిక పంపింగ్ విద్యుత్ అవసరం తరం చిక్కుకున్న, అది ఒక స్థావరం. ఈ సందర్భంలో, జనాభా విలోమ క్రమంలో రాష్ట్ర E ₁ ఏర్పడింది అణువుల మొత్తం సంఖ్య సగానికి కంటే ఎక్కువ సరఫరా చేయటానికి. ఈ సందర్భంలో, శక్తి వృధా. తక్కువ లేజింగ్ స్థాయి కనీసం నాలుగు-స్థాయిల వ్యవస్థను అవసరం బేస్, లేకపోతే పంపు శక్తి గొప్పగా తగ్గించవచ్చు.

చురుకైన పదార్ధం యొక్క స్వభావం మీద ఆధారపడి, లేజర్లు మూడు విభాగాలు, అవి ఘన, ద్రవ, వాయు వర్గీకరిస్తున్నారు. 1958 నుండి, మొదటి తరం రూబీ క్రిస్టల్ గమనించారు ఉన్నప్పుడు, శాస్త్రవేత్తలు మరియు పరిశోధకులు ప్రతి వర్గం లో పదార్థాల విస్తృత అధ్యయనం చేశారు.

ఘన-రాష్ట్ర లేజర్

ఆపరేషన్ ఒక వేరుచేసే క్రిస్టల్ లాటిస్ పరివర్తనం మెటల్ జోడించడం ద్వారా ఏర్పడిన ఒక క్రియాశీల మాధ్యమం ఆధారంగా (అందువలన న Ti ^+3, Cr ^+3, V ^+2, కో ^+2, Ni ^+2, Fe ^+2, మరియు. D.) , అరుదైన భూమి అయాన్లు (CE ^+3, Pr ^+3, Nd ^+3, pm ^+3, సిమ్ ^+2, Eu ^{+ 2, + 3,} Tb ^+3, Dy ^+3, హో ^+3, ఎర్ ^+3, YB ⁺³ , et al.), మరియు అటువంటి U ⁺³ వంటి రేడియోధార్మిక ^{పదార్ధాలు.} శక్తి స్థాయిలు మాత్రమే తరం బాధ్యత అయాన్లు. వంటి ఉష్ణ వాహకత మరియు బేస్ పదార్థం యొక్క భౌతిక లక్షణాలు, ఉష్ణ విస్తరణ లేజర్ సమర్థవంతంగా ఆపరేషన్ ముఖ్యమైనవి. ఒక ఉత్తేజక అయాన్ చుట్టూ అణువుల స్థానాన్ని జాలక దాని శక్తి స్థాయిలు మారుస్తుంది. క్రియాశీల మాధ్యమంలో వేవ్ తరం వివిధ పొడవులు అదే అయాన్ లో వివిధ పదార్థాల డోపింగ్ ద్వారా సాధించవచ్చు.

Holmium లేజర్

ఘన-రాష్ట్ర లేజర్ ఒక ఉదాహరణ holmium Atom క్రిస్టల్ లాటిస్ బేస్ పదార్థం భర్తీ ఇందులో ఒక క్వాంటం జెనరేటర్, ఉంది. హో: YAG ఉత్తమ లేజింగ్ పదార్థాలు ఒకటి. holmium లేజర్ ఆపరేటింగ్ సూత్రం holmium అయాన్లు, కంటిచూపును ఫ్లాష్ ల్యాంప్ ద్వారా సరఫరా మరియు బాగా కణజాలం శోషించబడతాయి ఇన్ఫ్రారెడ్ శ్రేణిలో 2097 nm తరంగ దైర్ఘ్యం వద్ద ప్రసరిస్తుంది పూయబడిన ఇట్రియం అల్యూమినియం గోమేదికం. క్యాన్సర్ కణాలు, కిడ్నీ మరియు పిత్తాశయ ఆవిరవుతాయి కీళ్ల, దంత చికిత్స, ఆపరేషన్ కోసం ఈ లేజర్ ఉపయోగించండి.

ఒక సెమీకండక్టర్ క్వాంటమ్ జెనరేటర్

క్వాంటం బాగా లేజర్స్ చవకైన, మాస్ ప్రొడక్షన్ అనుమతిస్తాయి మరియు సులభంగా కొలవలేని ఉన్నాయి. నిర్వహణా సూత్రం సెమీకండక్టర్ లేజర్ ఒక నిర్దిష్ట తరంగదైర్ఘ్యం యొక్క కాంతిని LED లు వంటి, సానుకూల బయాస్ వాహక పునఃసంయోగం ద్వారా ఉత్పత్తి pn-డయోడ్ జంక్షన్, ఉపయోగంపై ఆధారపడింది. LED సహజంగానూ మరియు లేజర్ డయోడ్లు విడుదల - compulsively. పరిస్థితి జనాభా విలోమ పూర్తిచేసేందుకు, ఆపరేటింగ్ ప్రస్తుత ఒక ప్రవేశ మించకూడదు ఉండాలి. ఒక సెమీకండక్టర్ డయోడ్ చురుకుగా మీడియం ద్విమితీయ పొరలు కనెక్షన్ ప్రాంతం యొక్క దృశ్యం ఉంది.

లేజర్ ఈ రకమైన చర్య యొక్క సూత్రం డోలనాలను బాహ్య అద్దంలో అవసరం నిర్వహించడానికి ఉంది. కారణంగా రూపొందించినవారు ప్రతిబింబ సామర్థ్యం, వక్రీభవన సూచిక పొరలు మరియు క్రియాశీల మీడియం అంతర్గత ప్రతిబింబం, ఈ ప్రయోజనం కోసం సరిపోతుంది. ముగింపు ఉపరితలాలు సమాంతర ప్రతిబింబిస్తుంది ఉపరితలాలు అందించే డయోడ్లు విడివడి.

అసమజంక్షన్ - రెండు వేర్వేరు కనెక్ట్ ద్వారా ఏర్పాటు వంటి ఒకే రకమైన సెమీకండక్టర్ పదార్థం ఏర్పడిన సమ్మేళనం, ఒక homojunction అంటారు.

p మరియు n వాహకాలు అధిక సాంద్రత రకం సెమీ కండక్టర్లు చాలా సన్నని (≈1 mm) క్షీణించిన పొర తో ఒక p-జంక్షన్ ఏర్పాటు.

గ్యాస్ లేజర్

ఆపరేషన్ మరియు లేజర్ ఈ రకం వాడకం యొక్క సూత్రం (పరారుణ అతినీలలోహిత నుండి) మరియు తరంగదైర్ఘ్యాల (మెగావాట్ల milliwatts నుండి) వాస్తవంగా ఏ హోదాలో పరికరాలు సృష్టించడానికి సాధ్యమవుతుంది మరియు పల్సెడ్ మరియు నిరంతర పద్ధతులలో పనిచేస్తుంది చేస్తుంది. క్రియాశీల మీడియా స్వభావం ఆధారంగా, గ్యాస్ లేజర్లు, అవి, అణు అయోనిక్ మరియు పరమాణు మూడు రకాల ఉన్నాయి.

అత్యంత గ్యాస్ లేజర్స్ విద్యుత్ ఉత్సర్గ ద్వారా వెచ్చించారు. ఉత్సర్గ ట్యూబ్ లో ఎలక్ట్రాన్లు ఎలక్ట్రోడ్ల మధ్య విద్యుత్ క్షేత్రం ద్వారా వృద్ధి చేస్తారు. వారు అణువులు, అయాన్లు లేదా ఒక క్రియాశీల మీడియం అణువులు తో ఢీకొను మరియు జనాభా విలోమ మరియు ప్రేరణగా ఉద్గార స్థితిలో సాధించడానికి అధిక శక్తి స్థాయికి మార్పు ప్రేరేపించడానికి.

పరమాణు లేజర్

లేజర్ చర్య యొక్క సూత్రం అణు మరియు అయాన్ లేజర్స్ నేలలకు అణువులు మరియు అయాన్ల కాకుండా అణువులు వివిక్త శక్తి స్థాయిలు విస్తృత శక్తి బంధాలు కలిగి, వాస్తవం ఆధారంగా. కొన్ని భ్రమణ - అదనంగా, ప్రతి ఎలెక్ట్రాన్ శక్తి స్థాయి ప్రకంపన స్థాయిలు పెద్ద సంఖ్యలో, మరియు క్రమంగా ఆ ఉంది.

చాలా సమీపంలోని పరారుణ ప్రాంతాల్లో - ఎలక్ట్రాన్ శక్తి స్థాయిలు మధ్య శక్తి అయితే ప్రకంపన-భ్రమణ స్థాయిలు మధ్య, స్పెక్ట్రమ్ UV మరియు కనిపించే ప్రాంతాల్లో ఉంది. అందువలన, పరమాణు లేజర్స్ అత్యంత సుదూర లేదా దగ్గరి ఇన్ఫ్రారెడ్ ప్రాంతాల్లో పని.

excimer లేజర్స్

Excimers స్థిరంగా గ్రౌండ్ రాష్ట్ర మరియు మొదటి స్థాయి విభజించబడ్డాయి ఇది అర్ఫ్, KrF, XeCl వంటి అణువు, ఉన్నాయి. తదుపరి లేజర్ ఆపరేషన్ సూత్రం. సాధారణంగా, అణువుల గ్రౌండ్ రాష్ట్రంలో సంఖ్య తక్కువగా ఉంది, కాబట్టి ఆధార స్థితి నుండి ప్రత్యక్ష పంపింగ్ సాధ్యం కాదు. అణువులు జడ వాయువులు తో ఒక అధిక శక్తి లవణాల కలిగి సమ్మేళనం ద్వారా మొదటి ప్రేరేపించబడిన ఎలెక్ట్రాన్ రాష్ట్రంలో ఏర్పాటు. జనాభా విలోమ సులభంగా సాధించవచ్చు ఒక ప్రాథమిక స్థాయిలో అణువుల సంఖ్య సంతోషిస్తున్నాము తో పోలిస్తే చాలా తక్కువ ఉంది నుండి. లేజర్ చర్య యొక్క సూత్రం, చిన్న లో, ఒక బంధం ప్రేరేపించబడిన ఎలెక్ట్రాన్ స్థితితో నుండి ఒక గ్రౌండ్ రాష్ట్ర డిసోసియేటివ్ మార్పు ఉంది. గ్రౌండ్ రాష్ట్ర జనాభాను ఈ సమయంలో అణువు అణువుల విడిపోగలవు ఎందుకంటే, ఒక తక్కువ స్థాయిలో ఎప్పుడూ ఉంది.

ఉపకరణం మరియు లేజర్స్ సూత్రం ఉత్సర్గ ట్యూబ్ హాలైడ్ మిశ్రమం (F ₂₎ మరియు అరుదైన వాయువు (Ar) తో నిండి ఉంటుంది. అది ఎలక్ట్రాన్లు విక్షేపణం మరియు హాలైడ్ అణువులు పదార్దానికి మరియు ఋణాత్మక అయాన్ల సృష్టించడానికి. ధనాత్మక అయాన్లను Ar ⁺ మరియు ప్రతికూల F ^- స్పందించి తదుపరి పరివర్తన పొందికైన రేడియేషన్ బేస్ రాష్ట్ర తొలగించు చూర్ణం మరియు తరానికి ముడిపడి ఉన్న మొట్టమొదటి ప్రేరిత స్థితిలో అర్ఫ్ అణువులు ఉత్పత్తి. Excimer లేజర్, చర్య యొక్క సూత్రం మరియు మేము ఇప్పుడు ఆలోచిస్తున్నాయి ఇది ఉపయోగం, రంగు క్రియాశీల మీడియం తోడడం కోసం వాడవచ్చు.

ద్రవ లేజర్

ఘనాలు తో పోలిస్తే, ద్రవాలు మరింత సజాతీయ మరియు వాయువులతో పోలిస్తే, యాక్టివ్ అణువులు యొక్క అధిక సాంద్రత ఉంటుంది. ఈ అదనంగా, వారు ఉత్పత్తి సులభం ఉష్ణం వెదజల్లబడుతుంది అనుమతిస్తుంది కష్టం కాదు మరియు సులభంగా భర్తీ చేయవచ్చు. లేజర్ చర్య యొక్క సూత్రం ఇటువంటి DCM సేంద్రీయ రంగు యొక్క ఒక లాభం మీడియం ఉపయోగిస్తారు (4-dicyanomethylene-2-మిథైల్-6-P- dimethylaminostyryl-4H-pyran), rhodamine, styryl, LDS, కౌమరిన్, stilbene, మరియు వంటి. D ., తగిన ద్రావకం కరిగి. డై అణువులు యొక్క ఒక పరిష్కారం దీని తరంగదైర్ఘ్యం ఒక మంచి శోషణ గుణకం వికిరణం ద్వారా సంతోషిస్తున్నాము ఉంది. లేజర్ చర్య యొక్క సూత్రం, చిన్న లో, ప్రతిదీప్తి అనే సుదీర్ఘ తరంగదైర్ఘ్యం వద్ద కల్పించుకోవాలి. శక్తుల మధ్య తేడా గ్రహించిన మరియు వెలువడే ఫోటాన్లు nonradiative శక్తి పరివర్తనాలు ఉపయోగిస్తారు మరియు వ్యవస్థ వేడెక్కుతుంది.

తరంగదైర్ఘ్యం ట్యూనింగ్ - విస్తృత బ్యాండ్ ప్రతిదీప్తి ద్రవ లేజర్స్ ప్రత్యేక లక్షణం ఉంది. ఆపరేషన్ మరియు ఈ రకం ఒక tunable లేజర్ మరియు పొందికైన కాంతి మూలంగా ఉపయోగం సూత్రం, స్పెక్ట్రోస్కోపీ, త్రిమితీయ ప్రాముఖ్యత పెరుగుతోంది, మరియు బయోమెడికల్ అనువర్తనాల్లో మారుతోంది.

ఇటీవల, లేజర్లు ఐసోటోప్ వేరు రంగు ఉపయోగిస్తున్నారు. ఈ సందర్భంలో, లేజర్ ఎన్నుకోబడి వాటిని ఒకటి, ఒక రసాయన ప్రతిచర్య ప్రారంభించడానికి ప్రాంప్ట్ ఉత్తేజపర్చడానికి.