|
== Ojačitev svetlobe pri laserju ==
Ključ do laserja je v prisotnosti mnogih atomov v vzbujenem stanju. Izraz laser je povezan z ojačitvijo svetlobe pri stimulirani emisiji. Možne so tri vrste prehodov med energijskimi stanji E1 in E0. Energijska stanja so povezana z orbitalami v atomu, po katerih okrog jedra krožijo elektroni. Če je atom na začetku v nižjem energijskem stanju E0, gre lahko v višje energijsko stanje E1 tako, da absorbira foton z energijo E1-E0=hν.To imenujemo stimulirana absorpcija.Če je atom na začetku v stanju E1, gre lahko v stanje E0 tako, da odda foton z energijo hν. To imenujemo spontana emisija. Einstein je 1917 prvi pokazal tretjo možnost-stimulirana emisija. Istočasno, ko zunanji foton zadane atom, se v atomu zgodi prehod med stanjema E1 in E0, tako da tudi atom sam odda foton. Dobili smo torej dva fotona. Delec (foton) si lahko predstavljamo tudi kot valovanje in če sta fotona v fazi, pride do ojačitve svetlobe.
== Laser fizika ==
[[Electron]] ov in kako med seboj sodelujejo z [[elektromagnetna polja]] ih so pomembna v našem razumevanju [[kemija]] in [[fizika]].
=== Vzbujeno ===
[[Slika:Laser,_quantum_principle.ogv|thumb|220x220px|Animacija pojasnjuje vzbujeno in načelo laser]]
V [[Classical elektromagnetizma | klasičnem pogledu]], energija elektrona, ki kroži okoli atomsko jedro je večji za orbit dlje od [[atomskega jedra | nucleus]] za [[atom]]. Vendar pa kvantno-mehanske pojave prisili elektrone, da na posameznih mestih v [[jedrska orbitalnih | orbital]]. Tako so elektroni najti v posebnih nivojih energije atoma, od katerih sta dva prikazano spodaj:
[[File:Stimulated Emission.svg| center | 550px]]
Ko elektron absorbira energijo bodisi pred svetlobo ([[fotonov]] -e) ali toploto ([[Phonon]] e), ki jih prejme, da incident kvantne energije. Vendar so prehodi dovoljena le med ločenih ravni energije, kot sta obema zgoraj prikazano.
To vodi do [[emisij resornih]] ih in [[spektralnih črt | absorpcija resornih]] s.
Ko je elektron [[excited state | razburjen]] iz nižje na višjo raven energije, da ne bo ostal na ta način za vedno.
Elektrone v vzbujeno stanje lahko zniža na nižji energijskega stanja, ki je ne zaseda, v skladu z določeno časovno konstanto značilen za ta prehod. Ko tak elektron razpade brez zunanjih vplivov, oddaja foton, se to imenuje "[[spontana emisija]]". Faza povezana z foton, ki se oddaja je naključno. Material s številnimi atomov v takem vzbujeno stanje tako lahko povzroči [[obsevanje]], ki je zelo spektralno omejene (centered okoli enega [[valovni]] svetlobe), vendar pa posamezni fotoni ne bi imeli skupne faze odnosa in bi izvirajo v vse smeri. To je mehanizem [[fluorescence]] in [[toplotno emisijo]].
Zunanji elektromagnetno polje s frekvenco, povezanega s prehodom more vplivati na Kvantnomehanski stanje atomom. Kot elektronov v atomom omogoča prehod med dvema stacionarnih stanj (od katerih nobena kaže polje dvopolno), vstopi v stanje prehoda, ki ima polje dvopolno, in ki deluje kot mali [[dipol]], in to dipol oscilira pri karakteristični frekvenci. V odgovor na zunanjega električnega polja na tej frekvenci, je verjetnost atoma vstopajo to prehodno stanje močno povečala. Tako je stopnja prehodov med dvema stacionarnih stanj povečala nad tisto, zaradi spontane emisije. Tak prehod na višje stanje se imenuje [[absorpcija (elektromagnetno sevanje) | absorpcija]], in uničuje o incidentu foton (energija fotona sega v poganja povečano energijo višje stanje). Prehod iz višje na nižjo energijskega stanja pa daje dodatno fotonov; To je postopek, '' 'stimuliranega sevanja' ''.
=== Gain srednje in votlina ===
[[File: Laser DSC09088.JPG | thumb | 250px | A [[helij-neonski laser]] demonstracija na [[Kastler-Brossel Laboratorija]] na [[pariškega VI | Univ. Paris 6]]. The-roza oranžna sij teče skozi središče cevi Iz razelektrenjem ki proizvaja nepovezano svetlobo, tako kot v neonsko cevjo. Ta žareče plazemska vzbujanjem in nato deluje kot [[aktivna laserski medij | mase medij]], skozi katerega notranji žarka poteka, kot se odraža med dvema ogledal. Lasersko sevanje izhod skozi sprednja ogledalo je mogoče videti, da dobimo majhen (približno 1mm v premeru) intenzivno mesto na zaslonu, na desno. Čeprav je globoko in čisto rdeče barve, pike laserske svetlobe so tako intenzivna, da so kamere običajno pretirano in izkrivljajo njihovo barvo.]]
[[File:Helium neon laser spectrum.svg | thumb | pokončno | Spekter je helij neon laserja, ki opisuje svojo zelo visoko spektralno čistost (omejena z merilno napravo). 0,002 & nbsp leta; nm pasovna širina lasing medija je tudi več kot 10.000-krat ožja od spektralno širino svetlečo diodo (katerega spekter je prikazan '' '[[: Image: Red-YellowGreen-modra LED spectra.png | tukaj ]] '' 'za primerjavo), s pasovno širino enega samega vzdolžno načinu čemer ožja vedno.]]
Dobiček medij navdušeni zunanjega vira energije v navdušeno stanje. V večini laserjev ta medij je sestavljen iz populacije atomi, ki so na vzbujanje v takem stanju s pomočjo zunanjega vira svetlobe, ali električnega polja, ki dobavlja energijo atomi absorbirajo in se pretvori v svoje vzbujenih stanj.
Ojačenje medij laserja je običajno material nadzorovane čistosti, velikosti, koncentracijo in oblike, ki ojača žarek s postopkom po vzbujeno opisan zgoraj. Ta material je lahko poljubne [[stanju zadeve | state]]: plin, tekočina, trdna, ali [[plazma (fizika) | plasma]]. Dobiček srednje absorbira energijo črpalke, kar zbuja nekaj elektronov v višje energetsko ("[[navdušena state | razburjen]]") [[quantum državne]] ov. Delci lahko interakcijo s svetlobo bodisi absorbirajo ali oddajajo fotonov. Emisij lahko spontana ali spodbujena. V slednjem primeru je fotonov oddaja v enaki smeri kot svetlobe, ki je mimo. Ko število delcev v eni vzbujeno stanje presega število delcev v neki nižji-energijskega stanja, [[populacija inverzija]] dosežemo in znesek vzbujeno zaradi svetlobe, ki prehaja skozi, je večja od vsote absorpcije. Zato se svetloba pomnožili. Sam po sebi, ta naredi [[optični ojačevalnik]]. Ko se optični ojačevalnik nameščen znotraj resonančnega optične votline, eden dobi laserski oscilator {{navajajo knjigo |. Prvi = Anthony E. | last = Siegman | leto = 1986 | title = Laserji | publisher = University Science Books | ISBN = 0-935702-11-3 | page = 4}}
V nekaterih primerih je možno, da dobimo lasing le z enim glavo EM sevanja skozi dobiček mediju, kar daje laserskega žarka brez potrebe po resonančno ali odsevnega votlino (glej na primer [[laserski dušik]]). {{Cite knjigo
| title = Svetloba in njegove uporabe
| poglavje = dušik Laser
| publisher = Scientific American
| datum = junij 1974
| ISBN = 0-7167-1185-0
| Strani = 40-43
| Sodnik = Svetloba in njegove uporabe
}} Tako je običajno potreben razmislek v resonančni votlini za laser, ni pa nujno potrebno.
Optični [[resonator]] se včasih označuje kot "optične votline", vendar je to napačno ime: laserji uporabljajo odprte resonatorji v nasprotju z dobesednim votlini, ki bi bili zaposleni na mikrovalovnih frekvencah v [[Maser]].
Resonatorja je običajno sestavljena iz dveh zrcal med katerima skladen žarek svetlobe potuje v obeh smereh, ki odraža nazaj na sebi, tako da bo povprečno fotonov skozi ojačenja mediju večkrat preden se izpušča iz izhodne odprtine ali izgubljena difrakcijo ali absorpcija.
Če mase (pomnoževanje) v mediju večja od izgube resonatorja, potem lahko moč svetlobe recirkulacijsko naraste [[eksponentno rast | eksponentno]]. Ampak vsak stimulirani dogodek emisij vrne atom iz svojega vzbujeno stanje s stanjem tal, kar zmanjšuje dobiček medija. S povečanjem moči curka čisti dobiček (dobiček izguba minus) zmanjša za enotnost in dobiček medij je dejal, da je nasičen. V zveznih valov (CW) laser, ravnovesje črpalke moči proti dobiček nasičenost in votline izgub proizvaja ravnovesno vrednost laserske moči znotraj votline; Ravnotežje določa delovno točko laserja. Če se uporablja mehanska črpalka je premajhen, dobiček nikoli ne bo zadostna za preseganje izgub resonatorja in laserska svetloba ne bo proizvedena. Minimalna moč črpalke je potrebno začeti laserski dejanje se imenuje '' [[lasing prag]] ''. Ojačenje medij ojača koli fotone prehajajo skozi njo, ne glede na smer; vendar bo le fotoni v [[prostorskem načinu]], ki jih je resonator podprto prenese več kot enkrat skozi medij in prejemajo precejšnjo ojačanja.
=== Oddajane svetlobe ===
Svetloba ustvarjena z vzbujeno je zelo podoben vhodnega signala glede na valovno dolžino, [[fazo (valovi) | faza]], in polarizacije. To daje laserske svetlobe značilno skladnosti, in omogoča, da ohrani enotno polarizacijo in pogosto monochromaticity določi oblikovanja optične votline.
Žarek v votlini in izhodni žarek laserja, lahko pri vožnji v prosti prostor (ali homogeno mediju) namesto valovodov (kot v [[optičnega vlakna]] laserskim) približati kot [[Gaussova pramena] ] v večini laserji; taki nosilci kažejo minimalno razlike za določen premer. Vendar pa lahko nekateri visoki moči laserji biti multimodalno, z [[transverzalni]] s pogosto približa uporabo [[Hermite polinomi | Hermiteova]] & ndash; [[Gaussova funkcija | Gaussova]] ali [[Laguerre polinomi | Laguerre]] - Gaussova funkcij. Pokazalo se je, da nestabilni laserski resonatorji (ne uporabljajo v večini laserjev) proizvajajo fraktalne oblikovanih žarkov. G. P. Karman, GS McDonald, GHC Nova, JP Woerdman, "[http://www.nature.com/nature/journal/v402/n6758/abs/402138a0.html Laser Optics: Fraktalno načini v nestabilnih resonatorjema]", " 'Narava' ', Vol. . 402, 138, 11 november 1999 V bližini žarka "pasu" (ali [[poudarek (optika) | osrednja regija]]), je zelo '' [[vzporednih light | kolimira]] '': The Valovne fronte so ravninski, pravokotno na smer širjenja, brez [[odmika pramen]] na tem mestu. Vendar
zaradi [[uklonski]], da se lahko ohrani le drži tudi v [[območju Rayleigh]]. Žarek iz enokanalni transverzalni (Gaussova žarek) laser sčasoma odstopa pod kotom, ki spreminja inverzno s premerom žarka, kot to zahteva [[difrakcije]] teorije. Tako je "svinčnik pramen" s skupnim neposredno ustvarila [[helij-neonski laser]] bi se razprostira na velikosti morda 500 kilometrov, ko je sijalo na Luni (od oddaljenosti od Zemlje). Po drugi strani pa je svetloba iz [[polprevodniškega laserja]] običajno pride iz drobnih kristalov z velikim odmika: do 50 °. Vendar se tudi ta divergentni žarek lahko pretvorimo v podobno sevanje kolimirano pramen s pomočjo [[leče (optika) | leča]] sistema, kot je vedno vključen, na primer, v [[laserskim kazalcem]], katerega svetloba izvira iz A [[laserske diode]]. To je mogoče zaradi svetlobe, ki je od ena prostorska načinu. Ta edinstven lastnost lasersko svetlobo, [[prostorsko skladnost]], ni mogoče ponoviti ob uporabi standardnih svetlobnih virov (razen ga zavržemo večino svetlobe) kot se vidi s primerjavo žarek od svetilko (gorilnika) ali pozornosti tistemu skoraj koli laser.
=== Kvant proti klasični procesi emisij ===
Mehanizem za proizvodnjo sevanje v laserjem opira na [[vzbujeno]], kjer se energija pridobiva iz prehoda v atomom ali molekulo. To je kvantni fenomen, ki ga [[Einstein]], ki izvira odnos med odkril [[Spontani emisij # Stopnja spontane emisije | Koeficient]] opisuje spontano emisijo in [[vzbujeno # matematičnega modela | Koeficient B]], ki velja za absorpcijo in vzbujeno. Vendar pa v primeru [[brez electron laser]], ki niso vključeni atomske raven energije; se zdi, da se je delovanje tega precej eksotične napravo mogoče razložiti brez sklicevanja na [[kvantne mehanike]].
== Kontinuirani in impulzni načini delovanja ==
[[Slika:MESSENGER_-_MLA.jpg|thumb|329x329px|Mercury Laser Višinomer (MLA) v MESSENGER vesoljskega plovila.]]
[[Slika:Laserlink_hss46.jpg|thumb|250x250px|Laserink]]
[[Slika:Moon_clementine_lidar.jpg|thumb|220x220px|Lidarske meritve lunarne topografije]]
Laserski lahko razvrstimo kot delujejo bodisi kontinuirno ali pulzni način, odvisno od tega, ali je izhodna moč v bistvu neprekinjeno v daljšem časovnem obdobju, ali njen izhod v obliki impulzov svetlobe na enem ali drugem časovnem obsegu. Seveda tudi laserjem, katerega izhod je običajno kontinuirano lahko namenoma vklaplja in izklaplja na neki stopnji, da se ustvari impulze svetlobe. Ko je stopnja modulacije na tehtnici, ko veliko počasneje, kot je [[Q faktor # Optični sistemi | življenju votline]] in časovno obdobje, v katerem se energija lahko shrani v lasing srednje ali črpalni mehanizem, nato pa je še vedno razvrščen kot " modulirane "ali" pulzirali "zvezni laser val. Večina laserske diode, ki se uporabljajo v komunikacijskih sistemih sodijo v to kategorijo.
=== Neprekinjeno delovanje vala ===
Nekatere aplikacije laserjev odvisni od žarka, katerega izhodna moč konstantna skozi čas. Tak laserski je znan kot "'[[neprekinjenimi]]' '(' 'CW' '). Mnoge vrste laserjev se lahko izvede, da deluje v načinu neprekinjenega vala za izpolnitev take vloge. Mnoge od teh laserjev dejansko LASE v več vzdolžnih vrstah istočasno, in bije med nekoliko različnimi optičnimi frekvenc teh nihanj bo dejansko proizvajajo amplitude nihanja na čas tehtnice krajši od časa povratna (recipročna vrednost [[Prosti spektralno območje # Fabry-Perot interferometra | Pogostost razmik]] med vrstami), tipično nekaj nanosekund ali manj. V večini primerov so ti laserji še vedno imenovano "neprekinjeno val", kot svoje izhodne moči je pri miru, porazdeljeno prek daljših časovnih obdobij, z nihanji napajanja zelo visokih frekvenc, ki imajo malo ali nič učinka na predvideno uporabo. (Vendar pa se izraz se ne uporablja za [[Mode-blokiranje | impulznim zaklenjene]] laserji, kjer "je" "namero" ustvariti zelo kratke impulze v višini časa povratna).
Za neprekinjeno delovanje valov je to potrebno za populacijski inverziji dobička medija, ki se nenehno polnijo s stalnim virom črpalke. V nekaterih lasing medijih je to nemogoče. V nekaterih drugih laserjev bi bilo potrebno črpanje laser na zelo visoki ravni neprekinjeno močjo, ki bi bilo nepraktično ali uniči laser, ki ga proizvaja prekomerno toploto. Takšni laserji se ni mogoče zagnati v načinu CW.
=== Impulzno delovanje ===
Impulzni delovanje laserjev nanaša na katerokoli laser ne klasificirana kot stalna val, tako da optična moč pojavi v pulzi nekaterih traja nekaj ponavljalno frekvenco. To zajema širok spekter tehnologij, ki se nanašajo na več različnih motivov. Nekateri laserji so ritmično preprosto zato, ker jih ni mogoče zagnati v [[#Continuous delovanja wave | neprekinjenega]] načinu.
V drugih primerih je uporaba zahteva izdelavo impulzov, ki imajo tako veliko energijo, kot je mogoče. Ker je energija impulza enaka povprečni moči deljene s ponavljalno frekvenco, lahko ta cilj včasih treba izpolniti z znižanjem stopnje pulzov, tako da se več energije lahko zgrajena v med impulzi. V [[lasersko ablacijo]] npr majhna prostornina materiala na površini obdelovanca mogoče uparili če ga segrevamo v zelo kratkem času, medtem ko je za oskrbo z energijo postopoma omogoča, da se toploto, se absorbira v Večji del kosa, nikoli ne doseže dovolj visoko temperaturo v določeni točki.
Ostale aplikacije zanesti na moč maksimalno impulza (namesto energije v impulz), zlasti z namenom pridobitve [[nelinearnih optičnih]] učinke. Za dano impulzne energije, kar zahteva ustvarjanje impulzov v najkrajšem možnem času uporaben tehnike, kot so [[Q-preklapljanje]].
Optični pasovna širina impulza ne more biti ožja od obratne širino impulza. V primeru izredno kratkih impulzov, ki pomeni lasing nad precejšnjo pasovne širine, kar je v nasprotju z zelo ozke pasovne širine, značilnih CW laserji. Lasing srednje nekateri '' barvah laserjev '' in '' vibronic polprevodniški laserji ", ki" proizvaja optični dobiček nad široko pasovne širine, kar laserski mogoče, ki lahko s tem ustvarjajo impulze svetlobe tako kratka, kot nekaj [[femtosekund]] (10 <sup> -15 </ sup> s).
== Opombe in sklici ==
| 