激光作用原理：激光辐射的特点

激光，它是基于普朗克辐射定律的物理，理论的作用第一的原则，爱因斯坦在1917年是合理的。 他所描述的吸收，自发的和刺激的使用概率系数（爱因斯坦系数）的电磁辐射。

开拓者

特奥多尔·梅曼是首次证明作用原理 红宝石激光器的， 基于使用闪光灯合成红宝石光抽运，生成具有694纳米的波长的相干辐射。

在1960年，伊朗科学家爪哇和Bennett创建使用He和Ne气体的混合物中的1:10的比例的第一气体激光器。

在1962年，R.N。霍尔使得第一 二极管激光器 由砷化镓（GaAs）的，发射在850nm的波长。 同年晚些时候，尼克Golonyak开发可见光的第一半导体量子发生器。

该器件和激光的原理

各激光系统包括光学放置在一对平行且高度反射镜中的，其中之一是半透明之间的有源介质，和用于泵浦它的动力源。 作为增益介质可以作为固体，液体或气体，其具有以放大光波穿过它的内部具有电或光泵浦辐射的幅度的能力。 该物质被放置在一对反射镜之间，从而在他们每次反射的光穿过它，并已达到一个显著增加，穿透半反射镜。

双工环境

考虑激光作用原理与其原子仅具有两个能级的有源介质：电子激发_ë2和基座_1。 如果经由任何泵送机构（光学的，电的放电电流或透射电子轰击）的原子被激发的状态下E _2，在几纳秒它们返回基本位置，辐射能量的光子hν= E ₂ -电子_1。 根据爱因斯坦的理论，发射两种不同的方式产生：要么它是由光子引起的，或者是自发地发生。 在前一种情况下，发生受激发射第二个 - 自发的。 在 热平衡， 受激发射的概率大于自发（1:10 ^33）低得多^，因此，大多数常规的非相干光源，并且在激光发射比热平衡以外的条件是可能的。

即使是一个非常强大的抽群体水平的系统只能进行相等。 因此，为了实现粒子数反转或其他光抽运方法需要一个三或四电平系统。

多层次的系统

什么是三级激光的原理是什么？ 频率的强光_ν02照射泵了一大批从最低能量能级E ₀和上部的e _2的原子组成。 与原子_ë2至E ₁辐射跃迁建立E ₁和E ₀之间的粒子数反转_，这在实践中是唯一可能的，当原子处于亚稳状态E ₁时间长_，并基于E ₁至E ₂迅速发生的转变。 三电平的激光的工作原理是在这些条件下，所以，电子₀和E ₁之间_，粒子数反转，实现和被放大的光子能量E ₁ -E ₀的受激发射。 更宽的能级E ₂可以增加吸收波长范围，以更有效地泵送，从而在受激发射的生长。

三电平系统需要由于较低级别非常高的泵送功率，参与的产生，它是一种碱。 在这种情况下，为了粒子数反转发生到状态E ₁大于一半的原子总数的待泵送更多。 在这种情况下，能量被浪费。 可以如果较低激光能级不是基础，这需要至少一个四电平系统中大大降低了泵激功率。

根据活性物质的性质，所述激光器被分类为三个基本类型，即固体，液体和气体。 自1958年以来，在一个红宝石晶体中观察到的第一代的情况下，科学家和研究人员已经研究了各种材料在每个类别中。

固态激光

该操作是基于使用的活性介质的是通过将绝缘晶格过渡金属形成（TI ^3，铬^{3，V 2，}钴^2，镍^2，铁^+2，等等。D.） ，稀土离子（铈^{3， 三价镨，}钕^{3，PM 3，SM 2，EU + 2，+ 3，TB 3，}镝^3，何^3，铒^{3，YB +3} ，等人），以及锕系元素如U ^3。 的能量水平只负责产生的离子。 基体材料的物理性质，如热导率和 热膨胀 是对于激光的高效操作来说是重要。 围绕离子掺杂原子的晶格位置改变其能量水平。 在激活介质波产生的不同长度由在相同的离子掺杂的各种材料实现。

钬激光

的固态激光器的例子是一个量子发生器，其中钬原子取代了晶格的基体材料。 钬是最好激光材料之一。 钬激光器的工作原理是，钇铝石榴石掺杂有钬离子，通过闪光灯光泵浦和在2097纳米的红外范围内的波长是公由组织吸收发射。 使用对关节，牙科治疗，这种激光运营蒸发癌细胞，肾和胆结石。

一种半导体量子发生器

量子阱激光器价格便宜，允许批量生产并易于扩展。 的操作原理 的半导体激光器 基于使用pn二极管结，其在正偏压由载体的再结合产生特定波长的光，如LED的。 LED发射自发和激光二极管 - 强制。 要满足以下条件：粒子数反转，工作电流超过阈值。 在一个半导体二极管的活性介质具有二维层的连接区域的图。

这种类型的激光器的操作原理是，为了保持不需要外部镜振荡。 反射能力时，由于产生 于折射率 层和活性介质的内部反射，是足以用于此目的。 端面切割，其提供平行的反射面的二极管。

由相同类型的半导体材料所形成的化合物被称为同质结，通过连接两种不同的所确立 - 异质结。

p和n型用载流子的高密度的半导体形成具有非常薄的（≈1毫米）耗尽层的p-n结。

气体激光器

操作和使用这种类型的激光的原理使得能够创建几乎任何容量的设备（从毫瓦到兆瓦）和波长（从紫外到红外），并且可以在脉冲和连续模式操作。 基于活性物质的介质的性质，有三种类型的气体激光器，即原子，离子和分子的。

大多数气体激光器通过放电泵送。 在放电管的电子由电极之间的电场加速。 它们碰撞原子，离子或活性介质的分子并诱导过渡到更高的能量水平，以实现粒子数反转和受激发射的状态。

分子激光

激光作用的原理是基于这样的事实，与原子和离子激光器的分离的原子和离子分子具有离散能级的宽能带。 此外，每个电子能级具有大量的振动能级，并且这些反过来 - 几个旋转。

的电子能量级之间的能量是在光谱的UV和可见区域，而振动 - 转动水平之间 - 在远和近红外区域。 因此，大多数的分子激光器在遥远的或近红外区域工作。

准分子激光

受激准分子是这样的分子如的ArF，KrF受，XeCl受，其被划分稳定基态和第一级。 接着，对激光的工作原理。 通常，在分子的基态的数量少，所以从基态直接泵送是不可能的。 通过具有与惰性气体高能量的卤化物的化合物形成在第一电子激发态的分子。 粒子数反转是很容易实现，因为分子的在一个基本水平的数目太低，与兴奋比较。 激光作用的原理，在短，是从束缚电子激发态转变到基态离解。 基态的人口始终处于较低的水平，因为在该点的分子离解成原子。

该装置和激光器原理在于，放电管填充有卤化物（F _2）稀有气（Ar）的混合物中。 在它的电子离解和离子化的卤化物分子和创建负离子。 正离子的Ar ⁺和负的F ^-反应，以及与相干辐射的基本状态和排斥力产生随后的转变相关联的第一激发态产生的ArF分子。 准分子激光，作用原理和我们现在正在考虑使用，可用于染料的活性介质的泵。

液体激光器

与固体相比，液体是更均匀和具有活性原子的更高的密度，与气体比较。 除了这个，他们不生产难度大，以方便散热，可以轻松更换。 激光的作用原理被用作有机染料的增益介质，例如DCM（4-二氰基亚甲基-2-甲基-6-对 - 二甲基氨基-4H-吡喃），若丹明，苯乙烯基，LDS，香豆素，芪，和类似物。ð 。，溶解在适当的溶剂中。 染料分子的一种解决方案是通过辐射其波长具有良好的吸附系数兴奋。 激光作用的原理，在短，是在较长波长下，称为荧光产生。 的能量之间的差所吸收和发射的光子使用非辐射能量跃迁和加热系统。

更宽的频带荧光液体激光器具有独特的功能 - 波长调谐。 操作和使用这种类型的可调谐激光器和所述相干光源的原理，正在成为光谱，全息越来越重要，并且在生物医学应用。

近来，激光器已经被用作染料为同位素分离。 在这种情况下，激光有选择地激励它们中的一个，促使开始的化学反应。