Fiecare tip de laser are avantajele și dezavantajele sale. În substanțele solide este posibil să se creeze o concentrație mare de atomi radiați și, prin urmare, să se obțină o cantitate mare de energie de la un centimetru cub de tijă. Dar ele sunt greu de făcut, sunt scumpe și pot izbucni și din cauza supraîncălzirii în timpul muncii.
Gazele sunt optice foarte omogene, împrăștierea luminii în ele este mică, deci dimensiunea unui laser cu gaz poate fi destul de impresionantă: o lungime de 10 metri cu un diametru de 10-20 cm pentru el și o limită. Dar o astfel de creștere a dimensiunii este o măsură obligatorie, necesară pentru a compensa un număr nesemnificativ de atomi de gaz activ localizați într-un tub cu laser sub presiune în sute de atmosfere. Sângerarea gazului economisește oarecum problema, permițându-vă să reduceți dimensiunea radiatorului. Dar pentru a conduce gaz într-un cerc închis, aveți nevoie de o pompă, un frigider, diverse filtre. Ca rezultat, același LT-1 ocupă o suprafață de douăzeci de metri pătrați, cu o înălțime de aproximativ trei metri.
Fluidele combină virtuțile atât a materialelor laser, cât și a materialelor laser diferite: densitatea lor este de numai două până la trei ori mai mică decât densitatea solidelor (și nu sute de mii de ori ca densitatea gazelor). Prin urmare, numărul de atomi pe unitatea de volum este aproximativ același. Prin urmare, este ușor să faceți un laser lichid la fel de puternic ca un laser solid. Omogenitatea optică a lichidelor nu este inferioară omogenității gazelor și, prin urmare, permite utilizarea unor volume mari de gaze. În plus, lichidul poate fi, de asemenea, pompat prin volumul de lucru, menținându-și continuu temperatura scăzută și activitatea ridicată a atomilor săi.
Cele mai răspândite
Ele sunt numite astfel deoarece fluidul lor de lucru este o soluție de cerneluri de anilină (ca cele cu lână și bumbac) în apă, alcool, acid și alți solvenți. Lichidul este turnat într-o cuvă plată-cuvă. Cuvetă, fără îndoială, este instalată între oglinzi. molecula de energie colorant-a tell „pompat“ optic, dar în loc de lampa flash de la lasere rubin impulsuri utilizate în primul rând, și mai târziu - lasere cu gaz. Pomparea laserului în laserul lichid nu este încorporată, ci este așezată pe lateral, introducând fasciculul în cuvă prin fereastra din carcasă. Acum, cu toate acestea, a fost posibil să se realizeze generarea de lumină și cu o lampă cu bliț, dar nu toate colorantele.
Soluțiile pot emite impulsuri im de lumina de diferite lungimi de undă de la ultraviolete-in-frakrasnogo la lumină - și puternic-Stu de la sute de kilowați la megawați de non-cât de multe, în funcție de faptul dacă colorantul este turnat în cuva.
Lacromii cu laser sunt o caracteristică interesantă. Toate laserele emit strict la o singură lungime de undă. Aceasta este proprietatea lor se află în însăși natura emisiei stimulate de atomi pe care se bazează întregul efect laser.
În moleculele mari și grele de coloranți organici, emisia stimulată apare imediat într-o bandă largă de lungimi de undă. Pentru a obține un colorant monocromatic de la un laser de colorare, un filtru de lumină devine pe calea fasciculului. Acesta nu este doar un vitraliu, care, de exemplu, servește drept filtru pentru fotogra fi e. Este un set de plăci de sticlă care trec numai prin lumină cu o lungime de undă. Schimbând distanța dintre plăci, putem schimba ușor lungimea de undă a radiației laser. Un astfel de laser este numit tunable. Și pentru a se asigura că laserul poate genera lumină în diferite regiuni spectrale - să se miște, să zicem, de la albastru la rosu CBE, sau ultraviolet la-lenomu, suficient pentru a schimba veto-kyu a fluidului de lucru.
On-line cu laser lichid în bandă largă, există și cei care, dimpotrivă, monocromatic mult mai mare decât cea a laseri cu solid sau gaz. Și a dus la crearea unor astfel de lasere o idee foarte simplă. Dacă există lasere, care emit atomii de lumină ale elementului rare neodim-ment, cu sărurile care sunt sudate masă de sticlă, adică ceea ce ar indica aceste săruri nu se dizolvă și nu le toarnă în celulă? Lățimea banda de radiații a unui astfel de laser este de o sută de ori mai restrânsă decât cea a unui laser de sticlă de sticlă neodimică în stare solidă.
Helium-neon laser. Mediul activ este un amestec gazos de heliu și neon. Generarea are loc prin tranziții între nivelele de energie neonului și heliul joacă rolul unui intermediar prin care energia este transferată la atomi de neon pentru a crea o populație inversată.
Neon, în principiu, poate genera învățarea prin laser ca urmare a mai mult de 130 de tranziții diferite. Cu toate acestea, cele mai intense sunt liniile cu o lungime de undă de 632,8 nm, 1,15 și 3,39 μm. Un val de 632,8 nm este în partea vizibilă a spectrului, iar valurile de 1,15 și 3,39 microni sunt în infraroșu.
Atunci când un curent este trecut prin amestecul de gaz heliu-neon de atomi de heliu de impact de electroni sunt excitată în stări martie 2 S și S 2 februarie, care sunt metastabile, deoarece trecerea la starea de bază a acestor reguli interzise de selecție-cuantice mecanice. Când curentul trece, atomii se acumulează la aceste niveluri. Atunci când un atom de heliu excitat se ciocnește cu un atom de neon nefuncționat, energia excitației trece la acesta din urmă. Această tranziție este foarte eficientă datorită unei coincidențe bune a energiei nivelurilor corespunzătoare. În consecință, la niveluri 3S și 2S forme de neon inversat în raport cu populația 2P și 3P niveluri, ceea ce duce la posibila generarea de radiație laser. Laserul poate funcționa într-un mod continuu. Radiația unui laser de heliu-neon este polarizată liniar. De obicei, presiunea heliului din cameră este de 332 Pa, iar neonul - 66 Pa. Tensiunea constantă pe tub este de aproximativ 4 kV. Una dintre oglinzile are un coeficient de reflexie de ordinul de 0.999, iar a doua, prin care radiația laser lasă, este de aproximativ 0.990. Dielectricile multistrat sunt utilizate ca oglinzi, deoarece coeficienții de reflexie mai mici nu asigură atingerea pragului de generare.
C02 este un laser cu un volum închis. Moleculele de dioxid de carbon, ca și alte molecule, au un spectru dungat datorită prezenței nivelelor de energie vibraționale și de rotație. Tranziția utilizată în laserul CO2 produce radiații cu o lungime de undă de 10,6 μm, adică se află în regiunea infraroșie a spectrului. Folosind nivelele vibraționale, este posibil să se modifice frecvența radiațiilor într-o oarecare măsură în intervalul de aproximativ 9,2 până la 10,8 um. Energia moleculelor de CO2 este transferată din moleculele de azot N2. care ele însele sunt excitate de un impact de electroni pe măsură ce curentul trece prin amestec.
Fig. 5. Diagrama nivelurilor de energie într-un laser CO2
Starea excitată a moleculei de N2 este metastabilă și se află la o distanță de 2318 cm -1 de la nivelul solului. care este foarte aproape de nivelul de energie (001) al moleculei de CO2 (figura 5). Având în vedere metastabilitatea stării N2 excitate, atunci când trece curentul, se acumulează numărul de atomi excitați. Când N2 se ciocnește cu CO2, are loc un transfer rezonant al energiei de excitație din N2 în CO2. Ca o consecință, inversarea populației are loc între nivelurile (001), (100) și (020) ale moleculelor de CO2. De obicei, se adaugă heliu pentru a reduce populația nivelului (100), care are o durată lungă de viață, ceea ce agravează generația după trecerea la acest nivel. În condiții tipice, amestecul de gaze din laser constă din heliu (1330 Pa), azot (133 Pa) și dioxid de carbon (133 Pa).
Atunci când se utilizează un laser CO2, moleculele de CO2 se descompun în CO și O, astfel încât mediul activ este slăbit. În plus, CO se descompune în C și O și depozite de carbon pe electrozii și pereții tubului. Toate acestea îngreunează munca laserului CO2. Pentru a depăși efectul nociv al acestor factori în sistemul închis, se adaugă vapori de apă pentru a stimula reacția
Sunt utilizați electrozi de platină, materialul căruia este catalizatorul acestei reacții. Pentru a crește rezerva de mediu activ, rezonatorul este conectat la rezervoare suplimentare care conțin CO2. N2. Nu, care în cantitatea necesară sunt adăugate la volumul rezonatorului pentru a menține condițiile optime de lucru ale laserului. Un astfel de laser închis CO2 este capabil să lucreze pentru multe mii de ore.
Lărgirea CO2 cu laser. O modificare importantă este un laser CO2 cu flux, în care se află un amestec de gaze de CO2. N2. Nu este pompat continuu prin rezonator. Un astfel de laser poate genera radiații coerente continuu cu o putere care depășește 50 W pe metru din lungimea mediului său activ.
Fig. 6. Laserul neodim
Laserul cu neodim. În Fig. 6 prezintă schema așa-numitului laser neodymic. Numele poate fi înșelător. Corpul laserului nu este un metal neodymic, ci o sticlă obișnuită cu un amestec de neodim. Ioni de atomi de neodim sunt distribuiți aleatoriu între atomii de siliciu și oxigen. Pomparea se face prin trăsnet. Becurile dau radiații în lungimile de undă de la 0,5 la 0,9 μm. Se pare o bandă largă de state excitate. Complet condiționată este reprezentată de cinci liniuțe. Atomii efectuează tranziții nonradiative la nivelul superior al laserului. Fiecare tranziție dă o energie diferită, care se transformă în energia vibrațională a întregii "rețele" a atomilor.
Radiația laser, adică Trecerea la nivelul inferior gol, marcat cu numărul 1, are o lungime de undă de 1,06 μm.
Stoparea tranziției de la nivelul 1 la nivelul principal "nu funcționează". Energia este eliberată ca radiații incoerente.
T-laser. În multe aplicații practice, un rol important este jucat de un laser cu CO2, în care amestecul de lucru este la presiunea atmosferică și este excitat de un câmp electric transversal (T laser). Deoarece electrozii sunt localizați paralel cu axa rezonatorului, pentru. obținerea de câmpuri electrice mari în rezonatorul necesită o diferență de potențial relativ mică între electrozi, ceea ce face posibil să se lucreze într-un mod pulsatoriu, la presiune atmosferică, atunci când concentrația de CO2 este ridicat în rezonator. În consecință, este posibil să se obțină o putere mare care atinge de obicei 10 MW și mai mult într-un singur impuls de radiație cu o durată mai mică de 1 μs. Rata de repetare a impulsurilor în astfel de lasere este de obicei mai multe impulsuri pe minut.
Lasere pe coloranți. Coloranții sunt molecule foarte complexe, în care nivelurile energiei vibraționale sunt puternic pronunțate. Nivelurile de energie din banda spectrului sunt aproape continue. Datorită interacțiunii intramoleculare, molecula trece foarte ne-radiant (în vremuri de ordinul a 10 -11 -10 -12 s) la nivelul de energie inferior al fiecărei benzi. Prin urmare, după excitarea moleculelor într-un interval de timp foarte scurt, toate moleculele excitate se vor concentra la nivelul inferior al benzii E1. Ele sunt în măsură să facă în continuare o tranziție radiativă la oricare dintre nivelurile energetice ale benzii inferioare. Astfel, este posibilă o radiație de aproape orice frecvență în intervalul corespunzător lățimii benzii zero. Și aceasta înseamnă că, dacă moleculele de coloranți sunt luate ca substanță activă pentru a genera radiații laser, atunci, în funcție de reglarea rezonatorului, este posibil să se obțină o reglare aproape continuă a frecvenței radiației laser generate. Prin urmare, la coloranți se creează lasere cu o frecvență generabilă de reglare. Pomparea laserelor pe coloranți este produsă de lămpi cu descărcare în gaz sau de radiații de la alte lasere,
Selectarea frecvențelor de generare se realizează prin faptul că pragul de generare este creat doar pentru o regiune de frecvență îngustă. De exemplu, pozițiile prismei și oglinzilor sunt alese astfel încât numai razele cu o anumită lungime de undă să se întoarcă în mediu după reflexia din oglindă din cauza dispersiei și a diferitelor unghiuri de refracție. Numai pentru astfel de lungimi de undă este furnizată generarea de laser. Prin rotirea prismei, este posibil să se asigure o reglare continuă a frecvenței radiației laser pe coloranți. Generarea este realizată cu multe coloranți, ceea ce a făcut posibilă obținerea radiației laser nu numai pe întreaga gamă optică, dar și pe o mare parte a regiunilor infraroșii și ultraviolete ale spectrului.